量子コンピュータは計算技術に革命をもたらす可能性を秘めていますが、その実用化は、量子ビットが外部からの影響に対して非常に敏感で計算エラーを引き起こすという問題に悩まされています。この課題を解決する有望なアプローチの一つが、情報がマヨラナフェルミオンのような粒子の幾何学的特性にエンコードされるトポロジカル量子計算です。
しかし、マヨラナフェルミオンは限られた論理演算しか実行できないため、万能量子コンピュータの構築を妨げていました。この問題に対し、南カリフォルニア大学のアーロン・ラウ教授率いる研究者チームが解決策を提案しました。研究者らは、マヨラナフェルミオン系に「ネグレクトン」と呼ばれる新しい粒子を追加しました。以前は、これらの粒子は「ゼロ量子トレース」を持つ数学的なノイズと見なされ、物理モデルには含まれていませんでした。しかし、マヨラナフェルミオンと組み合わせることで、ネグレクトンは万能量子コンピュータに必要な論理演算の全セットを実現することを可能にします。
研究では、マヨラナフェルミオン系にネグレクトンを1つ追加するだけで、量子計算の普遍性を達成できることが実証されました。この発見は、より安定した効率的な量子コンピュータの開発に新たな展望を開き、幅広い計算問題の解決を可能にします。以前、2025年2月には、スウェーデンの科学者たちが複雑なネットワークにおける磁気波の動きを使用して情報を伝送できることを示し、複雑な最適化問題を解決できる低電力の効率的な計算システムの構築につながりました。
このように、量子計算におけるネグレクトンの役割の発見は、複雑な計算タスクの解決を大幅に加速できる万能量子コンピュータの構築に向けた重要な一歩です。この研究は、以前は無視されていた粒子が万能量子コンピュータの実現に不可欠であることを示しています。南カリフォルニア大学の研究者らは、ネグレクトンと呼ばれる新しいタイプの任意粒子を導入することで、トポロジカル量子計算におけるマヨラナフェルミオンの能力を拡張できることを発見しました。この発見は、量子コンピュータの誤り耐性を高め、より複雑な計算を実行できるようにする可能性を秘めています。特に、ネグレクトンは計算中に静止したままであり、マヨラナフェルミオンの「ブレーディング」操作によって計算が行われるため、計算プロセスを簡素化します。このアプローチは、量子コンピュータの誤り訂正能力を向上させ、より実用的な量子デバイスの開発に貢献すると期待されています。また、この研究は、数学的な理論から予期せぬ発見が生まれる可能性を示しており、今後の量子情報科学の発展に新たな道を開くものです。