Google (グーグル)、スーパーコンピューターが47年かかる計算を瞬時に実行できる新しい量子コンピューターを開発したことを2023年7月4日に発表しました。
この Google の新しい量子コンピューターは、Sycamore 量子プロセッサーは70量子ビットを持ち、従来の2億4100万倍の性能を持つことを伝えています。
量子コンピュータは、古典的なコンピュータの能力を超えたタスクを実行することが期待されています。我々は、改良された古典的な方法に対して計算コストを見積もり、我々の実験が既存の古典的なスーパーコンピュータの能力を超えていることを実証しました。
– Google チーム
このニュースはセンセーショナルに報じられ、7月4日以降、様々なミームとなって Twitter 上でスレッドが量産されています。その中から、最も読まれている Barsee さんの Twitter スレッドを詳しく解説します。
🚨 Google's new Quantum Computer completes the task in 6 seconds that would have taken one of the world's best computers 47 years.
Quantum computers can change what we can build and how we understand the world.
Here's everything you need to know: pic.twitter.com/dkbA5odqmU
— Barsee 🐶 (@heyBarsee) July 10, 2023
Google の新しい量子コンピューターは、世界最高のコンピューターのひとつが47年かかったであろうタスクを6秒で完了した。量子コンピュータは、私たちが何を作り、どのように世界を理解するかを変えることができる。世界中の大手ハイテク企業は、この技術を構築しようと競争している。
古典コンピュータと量子コンピュータの違い
まず、古典コンピュータと量子コンピュータの違いを簡単に理解しよう。
・ビットと量子ビット
古典コンピュータはデータの最小単位としてビットを使います。量子ビットは、0、1、またはこれら2つの量子的重ね合わせの状態になることができる。つまり、量子コンピューターは膨大な数の計算を同時に処理できるのだ。
・処理能力
量子ビットの性質上、量子コンピュータは理論上、古典的なコンピュータよりもはるかに高速に計算を行うことができる。これは特に、大きな数の因数分解や複雑な化学反応のシミュレーションなどの分野で顕著に現れるだろう。
・決定論的と確率論的
古典的コンピューターは決定論的である。同じ入力があれば、常に同じ出力が得られる。一方、量子コンピュータは確率的である。量子ビットの出力状態は測定するまで分からず、測定過程では確率的な結果が得られる。
・論理ゲート
古典的なコンピュータは論理ゲート（AND、OR、NOTなど）を使ってビットの演算を行う。量子コンピュータもゲートを使用するが、量子ゲートは量子ビットを操作するため異なる。量子ゲートは可逆的であり、古典的なゲートに比べて多くの方法で量子ビットの状態を操作できる。
・エラー訂正
ビットは0か1のどちらかであるため、古典的なコンピュータのエラー訂正は簡単であり、どのような変化も簡単に識別して訂正することができる。しかし、量子コンピュータでは、量子ビットがデリケートな性質を持つため、エラー訂正がより複雑になる。量子ビットは環境要因によって簡単に乱され、エラーにつながる可能性がある（これは「デコヒーレンス」として知られている）。
・アプリケーション
古典的なコンピュータは、日常的な作業やほとんどのビジネス・アプリケーションに適している。しかし、量子コンピュータは、暗号化、最適化問題、機械学習、量子物理学プロセスのシミュレーションなどの分野で優れた性能を発揮することが期待されている。
Google による量子コンピュータの説明
この動画は、大分前の2013年に Google が公開したもので、Google と NASA が提携し、カリフォルニアのNASA研究センターにカナダの D-Wave が製造した商用量子コンピューターを設置する計画が発表されています。
量子コンピューターは最先端の技術であり、最適化問題の解決や宇宙探査など、さまざまな分野で革新的な成果をもたらす可能性があることを述べています。
– 量子物理学は直感に反する特異な性質を持つ。
– 量子コンピューターは最適化問題の解決に革新をもたらす可能性がある。
– Google と NASA がカナダの D-Wave 製の商用量子コンピューターを共有する。
– 量子コンピューターは従来のコンピューターよりも高い処理能力を持つ。
– 量子コンピューターは現在は微視的な領域にのみ存在しているとされる効果を、人間のスケールで観測する可能性がある。
Google の新しいコンピューターは、「qubits (量子ビット)」と呼ばれるものを使って計算を行う
量子ビットは量子コンピューターの構成要素のようなものだ。量子ビットの数が多ければ多いほど、コンピュータはより強力になる。グーグルの新しいコンピューターには70個の量子ビットがある。
2023年7月4日にマット・スウェイン氏による The Quantum Insider の記事「グーグル、最新の量子実験は古典的コンピュータで数十年かかると主張」によると、Google の科学者たちが最新の研究で、古典的なスーパーコンピュータが47年かかる計算課題を、量子コンピュータ上で完了したと報告しています。
この課題はランダム回路サンプリング計算であり、最新の70キュービット版の Sycamore プロセッサで実施されました。この実験は量子優位性の証明となり、さらなる実用的な計算の基盤を築くことを期待しています。ただし、量子コンピュータの実用性については依然として疑問が残っています。
Google が量子コンピュータを活用して最適化問題に取り組む
グーグルは現在、量子コンピュータを使って最適化問題を解くことに注力している。例えば、見たい場所のセットを訪れるための最適な飛行経路を見つけるなど。
ITコンサルティング、Arbutus Infotech Private Limited の linkedin の記事「量子コンピューティングの未来： 機会と課題」によると、量子コンピューティングの可能性として「最適化問題」と「シミュレーション」があげられています。
量子コンピューターは、古典的なコンピューターでは現在解決不可能な問題を解決できる可能性を秘めている。例えば、量子コンピュータは古典的なコンピュータよりも指数関数的に速く大きな数を因数分解することができ、これは暗号技術にとって重要な意味を持つ。また、量子コンピュータは最適化問題の解決にも利用でき、金融や物流などの分野に応用できる。
量子コンピューターが大きな可能性を秘めているもう一つの分野は、シミュレーションである。量子コンピューターは、古典的なコンピューターではシミュレーションが困難な量子システムをシミュレートすることができる。これは材料科学などの分野で応用が可能で、量子シミュレーションは望ましい特性を持つ新材料の設計に利用できる。
量子覇権を巡る、国と大企業の競争
量子覇権を達成するために、国と大企業の間で競争が続いています。そして Google は、彼らの新しいブレークスルーで「量子の覇権」を達成したと主張している。
MIT Technology Review による “What’s Next シリーズ”、マイケル・ブルックス氏の記事「量子コンピューティングの次」では、量子コンピューティングの世界での競争について報じています。
量子技術に関する国際的な競争が激化しています。アラン・エステベス米商務次官は量子技術に関する貿易制限の可能性を示唆しており、クォンティヌム社のトニー・アットリーCOOは、米国政府との積極的な対話を通じて、この新興産業への悪影響を防ぐことを試みています。
中国のバイドゥとアリババは、量子ビットを用いた量子コンピューティングの研究を進めており、バイドゥは最近36量子ビットの超伝導量子チップの設計を完了したと発表しています。一方、日本の富士通は理化学研究所と協力して、2023年度から日本初の国産量子コンピューターへのアクセスを企業に提供する予定です。
インド政府は、量子技術に対して800億ルピー（約11億2000万ドル）を投じることを約束し、その大部分は衛星ベースの量子通信や革新的な “qudit” フォトニクス・コンピューティングのためのフォトニクス技術に使われる予定です。
競争は激化していますが、量子テクノロジーの分野は現在、大部分が協力的であり、ゼロサムゲーム的な考え方は存在しないとの見解が示されています。
Google のライバル、IBM も量子コンピューターの構築に成功
https://www.youtube.com/watch?v=lY3jhUhVxK0
グーグルの競争相手である IBM も最近、量子コンピューターの構築に成功した。Future Unity の動画では、IBM の新しい量子コンピュータが業界全体に衝撃を与えることを伝えています。
この動画では、IBM の量子重心型スーパーコンピューターは、コンピューティングパワーの新たな時代を切り開く革命的な存在であり、2033年までに10万キュービットのスーパーコンピューターを開発する目標を掲げていることを伝えている。
このビジョンには、量子コンピューティングと古典コンピューティングの統合があり、IBM は世界的な研究機関とのパートナーシップを築いています。
量子コンピューター、スタートアップ企業への投資が急増
2015年以降、量子コンピューターへのスタートアップ企業や投資が急増している。量子コンピューターのブレイクスルーに伴い、投資資金が流入し、量子コンピューティングのスタートアップ企業が増えています。
主要なテクノロジー企業も量子の能力を開発し続けており、アリババ、アマゾン、IBM、Google、マイクロソフトなどの企業はすでに商業用の量子コンピューティングクラウドサービスを提供しています。
マッキンゼーの2021年12月のレポート「量子コンピューティングのユースケースが現実味を帯びてきた-知っておくべきこと」によると、民間の資金は急速に増えていることをグラフで説明します。
2021年だけでも、量子コンピュータのスタートアップ企業への投資額は17億ドルを突破し、2020年の2倍以上となっている。量子コンピューティングの商業化が軌道に乗るにつれて、民間資金は今後も大幅に増加すると予想される。
2020年には、SPACブームを背景に、IonQ (イオンQ)、D-Wave Systems (ディーウェーヴ・システムズ)、Rigetti Computing (リゲッティ・コンピューティング) などの量子コンピュータ企業が上場しています。
量子コンピューターのブレイクスルー
このブレークスルーは、創薬から気候モデリング、金融モデリング、さらには人工知能まで、多くの分野に革命をもたらす可能性がある。