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グーグルは本当に量子コンピューターの開発に成功したのか?

Google Scientists Claim 'quantum Supremacy' With New System

2019年10月25日(金)16時00分
アリストス・ジョージャウ

グーグルの量子コンピューターの1つとスンダー・ピチャイCEO(カリフォルニア州サンタバーバラ) Google/REUTERS

<スパコンで1万年かかる計算をたった3分20秒でやってのけたという仕組みは?>

グーグルの研究チームは、同社の量子コンピューターが、従来のスーパーコンピューター(スパコン)で約1万年かかる計算を「わずか数分」で解いたと発表した。

従来型のコンピューターに(実用的な時間内では)できない課題をクリアすることを「量子超越性」といい、今回の発表はそれを達成するための一里塚と受けとめられている(量子コンピューターの実用化はまだ数十年先の話だが)。

英ネイチャー誌に発表された論文によれば、研究チームは乱数を生成する問題をコンピューターに解かせる実証実験を行った。すると世界最高性能のスパコンでも1万年かかる計算を、グーグルの量子コンピューターは3分20秒で解いたという。

<参考記事>量子コンピューターがビットコインを滅ぼす日

米マサチューセッツ工科大学(MIT)のコンピューター科学者であるウィリアム・オリバー(今回の実証実験には関わっていない)は、ネイチャー誌に寄稿した解説で、グーグルの成果を「偉業」と称賛。「量子コンピューターの計算モデルが従来型コンピューターの計算モデルとは根本的に異なることを、実験によって証明した」と述べた。

量子力学の不思議を活用

量子コンピューターは、量子力学の奇妙な原理を利用して計算を行う。

従来型のコンピューターは「ビット」という情報単位を使っている。これは「0」か「1」のどちらかの状態しか表すことができないのに対し、量子コンピューターが使う情報単位「量子ビット」は、同時に「0」でも「1」でもあって、「0」と「1」の間のすべての値でもある。扱える情報量が大幅に増えるため、演算能力も大幅に高まるのだ。


そのため量子コンピューターは従来型コンピューターよりもはるかに速いスピードで課題をクリアする潜在能力を持っている。だが量子超越性を達成するには、メモリー容量が十分にあり性能が安定した量子プロセッサが必要だ。量子現象が予測不可能なものであることを考えると、その達成はとても難しい。

だがジョン・マルティニスとセルジオ・ボイクソが率いるグーグルの研究チームは今回、エラーの訂正能力が高い53量子ビットのコンピューターを使った。猛スピードで演算を行うそばから誤った答えを排除していくことで、量子超越性を達成したのだ。

グーグルの量子コンピューターは、「重ね合わせ」と「もつれ」という量子力学の2つの原理を活用している。どんなに距離が離れた場所にあっても、量子が異なる状態で同時に存在できる(たとえば「0」と「1」を同時に存在させる)原理と、量子同士が「もつれ合い」の状態になって互いに影響し合う原理だ。

<参考記事>量子コンピューターでの偉業達成を誇るGoogle、それを認めないIBM

今回の量子超越性の達成は快挙だが、量子コンピューターの実用化までにはまだ多くの研究が必要だとオリバーは主張する。

「特に、近い将来の実現が予想されている中規模量子コンピューターで作動させられるアルゴリズムの開発が必要だ」と彼は書いている。「それに長期的に耐故障性があり、エラー訂正能力の高い安定したプロトコルも実証する必要があるだろう」

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