Googleが量子コンピューティングの次の重要なマイルストーンに到達する準備ができている理由

画像:FlyingToaster / Wikimedia Commons

カリフォルニア州マウンテンビュー—今週初め、自動車会社や航空会社、大手銀行、ソフトウェア会社、軍隊の代表者が集まり、NASAで量子力学の基礎を学びました。そして、それはそのほんの一部にすぎませんでした。

量子コンピューティングソフトウェアのスタートアップQCWareは、NASAエイムズで最初のビジネス向け量子コンピューティングまたはQ2B会議を主催しました。量子コンピューティングを真剣に検討しているビジネスマンは、専門家、起業家、教授と会い、将来の量子コンピューティングがビジネスにどのような影響を与えるかを学び、確認しました。量子コンピューティングがまだ1950年代の部屋サイズのパンチカードコンピューティング段階にあるという事実にもかかわらず、多くの進歩と多くの希望がありました。そして重要なことに、会議の参加者は、量子コンピューターが実際にどれほど「優れている」かを現実的に判断する方法も学びました。

グーグルがまもなく「量子超越性」を発表するという噂が広まりました。本質的には、通常のコンピューターよりも確実かつ明確に問題を解決できる量子処理デバイスを作成するというものです。これは量子コンピューティングの世界における主要なマイルストーンであり、Googleは会議で詳細のいくつかをほのめかしました。

「プレスリリースでは、常に量子ビット数での量子宇宙開発競争について語っています」と、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の物理学者、ジョン・マルティニスは、量子超越性プロジェクトでGoogleと協力しています。「それは単なる量ではなく、量子ビットの質です。」これについては、もう少し詳しく説明します。

覚えておくと、従来のコンピューターは、一連のビットを使用して計算を実行するマシンです。物理システムの最も基本的な部分は、コインのように2つの離散値のいずれかを取ることができます。代わりに、量子コンピューターには量子ビットまたはキュービットがあります。量子ビットは、計算中に同時に0または1になる確率があります。量子計算アルゴリズムは、量子力学の数学を介してこれらの量子ビットを操作することによって計算を実行します。基本的に、その数学は、大学1年生のときに学んだ可能性のある複素数と線形代数を組み合わせた確率です。

次に大きな量子コンピューティングのマイルストーンは、一部の企業が、自社のマシンが従来のコンピューターでは解決が難しい問題を簡単に解決できることを明確に示すことです。その会社は優れた量子コンピューターを必要としているだけでなく、古典的なコンピューターを困らせるための正しい問題を必要としています。その問題は難しく、多くの高品質の量子ビットを必要とし、あらゆる量子コンピューターに一般化できるはずだとマティーニ氏は語った。

では、Googleの場合、チームは(それらの間の量子リンクを設定、基本的に)、その後、システムは時間をかけて進化することができ、それらを絡ませることにより、その量子ビットと量子回路を設定します。最後に、キュービットがどのように進化するかは、量子力学の規則によって設定されますが、最終的な測定は、さまざまな確率でさまざまな値を取る可能性があります。量子ビットの可能な結果を​​、結果を測定する確率とともに把握することは非常に複雑であるため、古典的なコンピューターはそれを行うために量子コンピューターをシミュレートする必要があり、量子コンピューターが数分でできることを実行するのに数週間かかる場合があります。

この問題は、量子コンピューターが古典的にシミュレートするにはキュービットが多すぎることを実証できるだけでなく、キュービットが適切なものである必要があることを研究者に示すことができます。つまり、環境や他のキュービットと長時間相互作用することによって、間違った値を生成したり、通常のビットに変換したりすることはできません。他にも量子超越性の問題があります。これらの問題は業界にとってそれほど有用ではありませんが、通常のコンピューティングの限界、さらには量子力学の限界さえもテストします。また、比較のために最速のアルゴリズムを実行する最先端の古典的なコンピューターが必要なため、これらの問題は通常のコンピューティングの限界を押し上げるのにも役立ちます。

グーグルは今月49または50キュービットの量子超越性デバイスを製造している最中であり、2週間以内にテストを開始する(クリスマス休暇の遅れを考慮しない)とマティーニ氏は語った。しかし、異なるアーキテクチャに基づく他の種類の量子コンピュータがあります。あるスタートアップ、IonQは、レーザーによってトラップされた原子を使用します。マイクロソフトは、多くの電子の振る舞いに基づいて、異なる種類の「トポロジカル」キュービットに取り組んでいます。長年の量子コンピューティングビジネスであるD-Waveは、量子アニーリングと呼ばれる特殊なシステムを使用して最適化問題を実行します。

Volkswagen、Airbus、Citibank、Emersonなどの企業、ヨーロッパのIT大手Atos、ベンチャーキャピタル企業がプレゼンテーションを聞き、最適化や機械学習などの潜在的なアプリケーションがビジネスにどのように役立つかを聞きました。Gizmodoは、企業が追求しているさまざまな種類のキュービットアーキテクチャに関するパネルをモデレートするために私をそこに送りました。

企業が量子コンピューティングをかなりの期間、おそらく数十年にわたって利用できないことは、すべての人にとって明らかです。しかし、人々がこれと、これらのコンピューターを使用できる可能性のあるさまざまな方法について考えていることを知っておいてください。そして、企業がすぐにいくつかの主要な量子コンピューティングのマイルストーンに到達することを期待する必要があります。

結局のところ、私たちはNISQ時代と呼ばれる量子コンピューティングの新時代に突入している最中です。ノイズの多い中規模の量子コンピューターについて、カリフォルニア工科大学の理論物理学者であるジョン・プレスキルは説明しました。しかし、目は賞にあります:汎用量子コンピューター。エラーが発生しない高品質のキュービット(多くの場合、多くの物理キュービットから)を作成するフォールトトレランスは、キュービットの数と同じくらい多くの人が注目しているものです。プレスキルは、「フォールトトレラント量子コンピューターへの進歩は継続しなければならない」と述べた。

この記事は、著者が会議でパネルをモデレートしたことに言及するように更新されました。

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