第4回量子技術国際会議は先月モスクワで開催され、Googleに注目が集まるはずだった。同社は、開発中の49量子ビットの量子コンピューターについて講演を準備していた。
ところが、ハーバード大学のミハイル・ルーキン氏による午前の講演が、その晩のイベントの注目をさらった。氏はささやかな発表を行い、米露の研究者からなる自身のチームが51量子ビットの装置の試験に成功し、量子超越をめぐる競争で画期的な節目を打ち立てたと明らかにした。
量子コンピューターは、革新的技術の次世代を担うものと見なされている。量子粒子が持つ奇妙な「中間」の状態を利用し、デジタル機器の処理能力を高める装置だ。
実情は、魅力的であると同時に期待外れでもある。近いうちに量子技術で強化したPlayStation 7でGrand Theft Auto VR8K-3000をプレイできる可能性は低い。残念だが、皆さん。
量子コンピューティングは、ある種類のチップをより高速なものに置き換えるだけの話ではない。
量子コンピューティングがもたらすのは、通常のコンピューターが持つ2種類に加え、3つ目のビットだ。量子コンピューティングでは、量子重ね合わせ――粒子の存在を観測し、その状態が二つのうち一方に確定する前に粒子が占める、奇妙な「かもしれない」の雲――を、高度に複雑な計算問題の解決に応用する。
こうした問題は、最も優れたスーパーコンピューターでさえ負荷がかかる、長く骨の折れる処理だ。一方、量子コンピューターの量子ビットは、1と0にその間の状態を加えた組み合わせにより、分子内の量子系のシミュレーションや素因数分解といった計算を、はるかに容易に実行できる。
だからといって、量子コンピューティングが家庭用デスクトップの役に立つ可能性がないわけではない。しかし、その可能性に思いを巡らせるにも、まず解決すべき問題が数多くある。
その一つは、わずかな量子ビットを20未満から増やし、難しいタスクで最高水準の古典スーパーコンピューターに対抗し始められる規模にすることだ。
その数は、およそ50量子ビット。しばしば熱狂的な言葉で量子超越と呼ばれる数字だ。
ハーバード大学の装置は、磁石のトラップとレーザーの「ピンセット」で捕捉した、極低温のルビジウム原子の配列を基盤としていた。それらを、量子状態を単一の系として利用できるような方法で励起した。
研究者たちは、捕捉した原子のうち51個を制御し、かなり複雑な量子力学をモデル化できた。これは一般的なデスクトップコンピューターでは到底及ばないことだ。
モデル化は主にこの種の装置構成の限界を試すために行われたが、研究者たちは「多体系現象」と呼ばれるものに関わる量子ダイナミクスについて、有益な知見を得た。
幸い、比較的単純な発見は古典コンピューターでも検証でき、その手法がまさに的を射ていることが分かった。
この研究は現在、査読を待ちながらプレプリントサイトarXiv.comに掲載されている。しかし、この発表を受け、量子コンピューティング界では、こうした限界の達成がもたらす可能性と影響について、確かに議論が交わされている。
魔法の数字とされる50量子ビットは、真の節目というより相対的な地平線に近い。ハーバード大学の発表で量子コンピューティングの世界が大きく変わったわけではなく、この種の技術が重要な発見に役立つようになるまでには、まだ長い道のりがある。
Googleが計画する49量子ビット装置は、ルーキン氏の方式とはまったく異なるプロセスを用いる。固体の超伝導構造であるジョセフソン接合を採用した、多重量子ビットの量子チップに依拠している。
Googleは、より単純な9量子ビット版で技術を実証しており、目標に向けて段階的に規模を拡大する計画だ。
詳しく述べるまでもなく、どちらの技術にも、拡張性と信頼性の面で長所と短所がある。
量子コンピューティングの大きな課題は、システムの信頼性を高め、エラーを可能な限りなくす方法だ。古典コンピューティングでは処理を複製してミスのリスクを減らせるが、量子ビットの確率的な性質により、量子計算ではそれができない。
また、複数のユニットをどう接続し、さらに大規模なプロセッサーを構成するかという問題もある。
長期的に見て、どの方法がこうした課題に最もうまく対処できるかは、誰にも分からない。
「非常に有望なプラットフォームがいくつかあり、どれも興味深い領域に入りつつあります。つまり、古典コンピューターではシミュレーションできない規模のシステムです」と、ルーキン氏はヒマンシュ・ゴエンカ氏に語った。同氏はInternational Business Timesの記者だ。
「しかし、どれが勝者かを決めるには時期尚早だと思います。さらに、本当に大規模な、何十万もの量子ビットを持つシステムについて考えるなら、いくつかのアルゴリズムに必要となるものですが、正直なところ、そこにどう到達すればよいか誰も分かっていないと思います。」
10万量子ビットへの道のりでは小さな一歩だが、この節目を越えた意義が損なわれるわけではない。
ハーバード大学、51量子ビット達成おめでとう！
