量子コンピューターの新方式、神秘的な粒子「マヨラナ粒子」とは？

量子コンピューターの新方式として、神秘的な粒子「マヨラナ粒子」を利用する「トポロジカル量子ビット」が名乗りを上げた。２月に米マイクロソフトが発表すると、大きな注目を浴びた。原理的に計算エラーが起きにくいことなどが特徴だ。一体どんな粒子なのか。（梶原洵子）

●エラー対策のハードル下げる

量子コンピューターは複数の方式が研究され、まだ本命は決まっていない。「超伝導」「中性（冷却）原子」「光（光量子）」など５方式が有力だが、エラー発生の課題を抱える。原子や電子の状態を１個ずつ操作して計算する非常に繊細な機械のため、原子などの状態が少しでもずれるとエラーになる。

●量子コンピューターの方式

一方、マヨラナ粒子は原理的にエラーが起きにくい。理由は計算の特徴にある。マヨラナ粒子は、１個の粒子がもう１個の粒子の周りを１回転して計算する。「この時に、何らかの影響を受けて経路がゆがんだりしても、１回転すればよく、結果に影響はない」と東北大学の那須譲治准教授は説明する。

マイクロソフトがマヨラナ粒子を用いた世界初の量子コンピューターチップ「マヨラナ１」を発表すると、大きな注目を浴びた。汎用的な量子コンピューターの実現に必要な、エラー率の低減やエラー訂正機能を実装するハードルを下げられる可能性があるからだ。

エラー訂正は、情報の基本単位「量子ビット」に発生するエラーを見つけて訂正する仕組みだ。複数の量子ビット間に「量子もつれ」という連携を作り、一部のビットに他のビットのずれ（エラー）を検知させる。エラーは訂正できるが、一つの演算に複数ビットを使うため、計算機全体で膨大なビット数が必要になる。マヨラナ粒子はこの数が少なくて済むかもしれない。

●「出現」困難、チップ実証注目

ただし、マヨラナ粒子は出現させること自体が非常に難しい。過去には撤回された論文もあった。他方式の研究者は、「マイクロソフトが自信を持って世に出し、注目に値するが、今後の実証を注意深く見る必要がある」と慎重な見方が多い。

マヨラナ粒子は、１９３０年代に物理学者のエットーレ・マヨラナが存在を予測し、近年存在が実証された。自らの「反粒子」と同一の性質という特異な性質を持つ。反粒子は質量などの特徴が同じで、電荷が逆の粒子だ。電子と陽電子のように通常の粒子には必ず反粒子がある。

粒子と反粒子が同じ性質というのは不思議だが、「数学の世界では実数がそれに当たる」と那須准教授。実数ではない数は、２乗するとマイナスになる「虚数」だ。虚数なしには電子のふるまい一つも説明できない重要な数で、世界は実数と虚数で成り立っている。マヨラナ粒子は数学の世界と物質の世界をリンクさせた予測の下で見いだされた。

２０１８年に京都大学などの研究グループは磁性絶縁体の上でマヨラナ粒子の存在を実証し、その後、那須准教授らはこれを補強する研究も行った。超伝導体を使うマイクロソフトとは違いがある。「次は磁性体の上でマヨラナ粒子を動かす方法を提案したい」と那須准教授。他方式に追いつくのか。…以下ソース

https://newswitch.jp/p/4564...

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淀川長治を貼るか、小田和正を貼るかで迷った。

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