昨年、中国科学技術大学の科学者たちは、シュレーディンガーの猫を宇宙へ連れて行きました。
文字どおりではありません。猫は量子力学を説明する理論上の実験の題材でした。一方、中国の科学者たちは、量子衛星を宇宙へ打ち上げ、それを使ってもつれた量子粒子を地上の基地局へ送り返しました。
量子もつれとは、2つの粒子が切り離せない形で結びついていることを意味します。一方の粒子の性質は、観測または測定される時点まで、もう一方にも共通します。できれば、2枚のコインを空中に投げ、表か裏のどちらを上にして着地したかを見るところを想像してください。次に、一方のコインの結果がどうであれ、もう一方も必ず同じ結果になると想像してみてください。さらに、2枚がどれほど離れていても、この現象が常に起こると考えてみましょう。これが量子もつれです。
中国の科学者たちは、もつれた粒子を1,200km離れた基地局へ送りましたが、相互依存の状態はなお観測されました。これは、アルバート・アインシュタインが「不気味」と表現したと伝えられる性質です。彼の見立ては正しかったのかもしれません。この画期的な成果は、私たちが知るコンピューティングの世界を変える可能性があります。
実際、この変化はテクノロジー分野をはるかに超える影響をもたらす可能性があります。量子コンピューターは、最大級の素数であっても、その因数をほぼリアルタイムで計算できるかもしれません。非常に大きな素数とその因数の利用は、データ暗号化の基盤です。複数の量子コンピューターが量子インターネットで接続されれば、この用途がサイバー戦争の恐ろしい新たな波を招き、組織全体が容易に打撃を受ける可能性があります。
とはいえ、暗い見通しばかりではありません。量子インターネットの開発には、人生を変える可能性のある利点もあります。たとえば、高性能コンピューターのネットワークによって、研究者はゲノム解読や医薬品開発を効率化できるようになりました。また、機械学習にかかる時間を大幅に短縮する可能性もあります。
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1、2、3、4、5……モバイルの新時代がまもなく幕を開ける
テクノロジー分野の発展を常に後押ししてきたのは、速度への需要だと広く認識されています。ストレージの増加と相まって、計算処理やデバイス間の通信などを高速化する能力は、私たちが日常生活で当たり前のように使っている多くの技術をもたらしました。たとえば、携帯電話です。
少し信じがたいかもしれませんが、携帯電話は形を変えながら1970年代から存在しています。少なくとも、移動体通信規格の第1世代（1G）が開発されたのはその頃です。第2世代（2G）の規格が開発され、テキストメッセージを送信したり、ごく初歩的なモバイルウェブを試したりできるようになるまでには、ほぼ20年かかりました。4Gの時代になると、先進国の多くで数年前から広く利用可能となり、モバイルインターネットの速度は家庭向けブロードバンドサービスに匹敵するようになりました。
通信業界は、5Gによって大きな飛躍が訪れると約束しています。たとえば、映画を数秒でダウンロードできるようになります。仮想現実や拡張現実のアプリケーションも急増するでしょう。さらに5Gは、自動運転車の実現に必要な常時接続を提供します。
これらすべてを、さらにはそれ以上のことを可能にするのは、モバイル業界が現在利用できない周波数帯を使うためです。より高い周波数帯は混雑が大幅に少なくなります。しかし5Gは信号劣化の影響を受けやすく、建物などの障害物によって遮断されたり、妨害されたりする可能性があります。信号を運ぶ基地局を大幅に増やす必要があり、そのためインフラへの追加投資が必要になります。
最初の5G対応端末は来年発売され、周波数帯の利用権をめぐるオークションも、間もなく始まることは間違いないでしょう。しかし、消費者はより多く、より良いサービスや高速通信、魅力的なアプリを歓迎する一方で、そのために追加料金を払うとは限りません。そのため、通信事業者は難しい問題に直面しています。付加価値サービスを提供できるネットワークに多額を投資しても、追加料金を払う顧客が少なすぎれば、商業的に魅力ある提案にはなりません。したがって、5Gネットワークの展開には数年かかる可能性がありますが、すでに中国や米国などの国々は数十億ドルを投じてインフラ整備を進めています。
しかし、5Gの登場が目前に迫っている一方で、量子インターネットは実現しない可能性さえあります。
量子コンピューターは10ミリケルビン、つまり約-273°Cまで冷却する必要があります。また、非常に繊細で、外部からの電磁パルスや振動、温度変化によって容易に乱されます。量子コンピューターの計算能力を高めるには、コンピューターチップに量子ビット（キュービット）を追加するのが論理的な方法です。量子ビットは量子情報の基本単位ですが、数を増やすほど、システム全体の感度と不安定さがさらに高まります。
たとえば、暗号への侵入という例も、量子の世界の多くの事柄と同様、理論上のものにすぎません。それを実現できるのは、使用する量子コンピューターが安定し、障害に耐えられる状態にある場合だけです。現状では、数十年は解決しそうにない課題です。アルゴリズムを動作させるには、誤り訂正済みのビットが数百万個必要です。量子の世界では、これは数百万個の量子ビットに相当します。現在、IBMが実現しているのは約50個です。実用化までには、まだ長い道のりがあります。
これは残念な「キャッチ22」です。何かをより強力にするために必要なものが、実際にはそれを弱くしてしまうのです。量子力学以外のどこで、こんな逆説に出会うでしょうか。
