量子コンピュータは量子力学の原理に基づき、情報処理に新たなアプローチをとります。かつては無期限に閉ざされたままだと考えられていた扉を開くことが期待されています。では、それは実際に何を意味するのでしょうか。
簡単に言えば、特定の種類の問題においては、方程式に要素を一つ加えるたびに解の可能性の数が倍増します。そのため、計算は指数関数的に困難になります。
指数関数的な成長の性質を示す、古典的な寓話があります。それは次のような話です。
かつて、チェスのゲームを考案した職人がいました。彼はその創作物を贈り物として皇帝のもとに持参しました。皇帝は大いに喜び、職人に褒美を申し出るよう告げました。
職人は一見控えめな願いを口にしました。チェス盤の64マスに相当する、64日間にわたって届けられる米の提供です。初日は米粒一粒、以降は毎日その量を倍にしてほしいというものでした。
皇帝はこれを割安な取引だと考え、初日に米粒一粒を届けました。翌日、皇帝はその量を倍にしました。3日目には、職人は4粒、次に8粒を受け取り、以下同様に続きました。一週間が経過した時点で、職人が集めた米はわずか127粒で、ティースプーン一杯分にも満たないものでした。
しかし1か月以内に、指数関数的成長の力により、職人の要求は結局それほど控えめではなかったことが明らかになりつつありました。30日目には、職人は10億粒を超える米を受け取るべきことになります。64日目に約束を守るためには、皇帝は5,350億メートルトンの米を差し出さなければならなくなります。これはエベレスト山ほどの大きさの山に相当します。
一部の問題も同様の性質を持っています。考慮すべき要素がわずかしかない段階では、それらは職人の褒美における最初の数日間のわずかな米の量に類似しています。
量子コンピュータは、特定の問題において、この指数関数的成長に対処する独自の能力を備えています。量子コンピュータは、ミクロの世界における自然法則である、複雑で魅力的な量子力学の原理に基づいて構築されています。これらの法則は常に存在してきましたが、その奇妙な性質は極めて繊細な条件下でのみ利用することができ、その条件から外れると、不思議な効果はほとんど目に見えないままです。
こうした自然の振る舞いを活用することで、量子コンピュータは新しい種類のアルゴリズムを実行し、これまで「解けない」とされてきた問題を解決できる可能性があります。対象となる分野は、最適化、化学および機械学習です。だからこそ、アフリカは新たな時代を逃さないために今すぐ行動する必要があります。教育を行い、スキルを高め、アフリカにおいて最も切実な活用事例について議論する必要があります。
アフリカにとって量子コンピューティングが重要な理由
人類が最初に現れたのは約30万年から20万年前とされていますが、アフリカを離れたのは約7万年前のことです（複数回にわたる移住の波のうち最大のものを選択した場合）。これらの期間を通じて、そして現在に至るまで、遺伝的多様性は増大し続けており、結果としてアフリカ人は今なお、世界の他のすべての地域を合わせたよりも多様性を有しています。こうした多様性は遺伝情報の宝庫です。これには、（より多くの変異を平均化することで）さまざまな遺伝子の役割をより容易に推定できること、また病気に対する自然免疫の発見も含まれます。
さらに、個別化遺伝子医療の時代においては、ある人口集団に有効な解決策が、必ずしも別の集団に役立つとは限りません。このことから、私たちアフリカ人は、遺伝学および創薬の最新技術を用いて、自らの遺伝的遺産の宝を掘り起こす必要があることが分かります。量子コンピューティングは、この分野において、特定の薬剤が体内に及ぼす影響のシミュレーション、創薬プロセスの加速、そして個別化医療の時代の到来を含め、刺激的な新たな研究の道を開くことが期待されています。
私たちの遺伝的遺産は、アフリカが持つ意外な自然資源の一つにすぎません。もう一つは、高地における夜空の澄み切った美しさです。これにより、南部アフリカ諸国は、世界最大の電波望遠鏡となるスクエア・キロメートル・アレイ（SKA）の設置先に選ばれるという栄誉を得ました。
SKAを利用するためにアフリカを訪れるアフリカ内外の科学者も、アフリカの地でSKAのデータの処理と解釈に参加すべきです。そうすれば、そこから生まれるあらゆる波及効果がアフリカにもたらされます。実際、これは大陸内に地域のスーパーコンピューティング施設を持つ理由の一つでもあります。
従来のスーパーコンピュータを補完する形で、量子コンピューティングは、科学的データからノイズを除去するなど、SKAに関連する物理シミュレーションやパターン発見の問題を解決することも期待されています。
生のSKAデータを意味のあるものにするという目標を達成するために育成すべき量子コンピューティングの専門知識は、アフリカにも地域的な波及効果をもたらすでしょう。なぜでしょうか。SKAは一日あたりにインターネット上にあるデータよりも多くのデータを取得する見込みだからです。つまり、新興企業であれば、この膨大なデータセットの中からパターンを見つけ出すアルゴリズムを持つことで、銀行業務や電子商取引のデータを扱うことは容易になるでしょう。
アフリカ特有の最後の、量子コンピューティングへの投資を正当化する理由は、将来のセキュリティへの影響です。量子コンピュータは、取引を保護するために私たちが用いている特定の種類の暗号を、長期的に解読する潜在能力を有しています。量子耐性を確保するための古典的な解決策は存在しており、アフリカが地域の専門知識を持っていれば賢明でしょう。こうした予防策は、油断と根拠のない過度の期待や警戒との間の中道を進むことにつながるでしょう。
アフリカには人材がいる
時折、次のような問いが私たちに投げかけられます。地域の専門知識を多様化し育成することの論拠は確かであるものの、私たちには生来の才能があるのか、と。幸いにも、南アフリカには量子物理学における革新の歴史があり（例えば、CTスキャンの発明に対するノーベル賞）、さらに、量子分野と密接に結びついている前述のスーパーコンピューティング分野においても、最近の驚くべき成功を収めています。直近の4年間において、南アフリカのスーパーコンピューティングチームは、国際スーパーコンピューティング競技会で3度世界王者に輝きました。
これが、IBMとウィットウォータースランド大学に、アフリカに量子コンピューティングを導入し、アフリカの研究者が極めて有望な技術分野における最先端の進展に遅れを取らないようにするという自信を与えたのです。アフリカ研究大学連合およびその15の追加の大学会員を活用することで、私たちは大胆かつ楽観的になることができます。
学習とコミュニティ形成のプロセスを加速させるため、IBM Qは今年12月に南アフリカで、招待制のQiskit Campを開催します。量子研究者およびコンピュータ科学者200名が対象で、没入型の環境で学び、実践的な研修を受けることができます。
要約すると、私の同胞であるアフリカ人の皆さん、量子時代への準備を整えましょう。
