量子コンピューティングの到来：シアトルがコンピューターサイエンスの人材を育成する必要がある理由
編集者注：トム・アルバーグは、シアトルを拠点とするベンチャーキャピタル会社マドロナ・ベンチャー・グループの共同創業者兼マネージングディレクターです。彼はチャレンジ・シアトルのメンバーであり、Amazonの取締役も務めています。
解説：今週、マイクロソフト、ワシントン大学、パシフィック・ノースウェスト国立研究所が共催するノースウェスト・クォンタム・ネクサス・サミットで講演する機会を得ました。このサミットでは、当地域で量子情報科学（QIS）に携わる量子研究者、大学、テクノロジー企業の大規模なネットワークが初めて一堂に会し、量子技術の進展を共有し、パシフィック・ノースウェスト地域を世界有数の量子科学拠点の一つとして確立するための協力が行われました。
量子コンピューティングは、私たちの経済と生活を変革する可能性を秘めています。サミットの講演者の一人が述べたように、私たちは「量子世紀の瀬戸際」にいます。量子コンピュータは、従来のコンピュータがアルゴリズムを数千年かけて実行しても解けない問題を解くことができるようになります。量子コンピュータは、今日のデジタルコンピュータのようにオンかオフ（1か0）のビットに限定されません。量子コンピュータは、1と0を同時に表すことができる「量子ビット」を操作し、指数関数的に高速な計算を可能にします。
量子コンピュータは既存のセキュリティコードを解読できるようになると期待されており、科学者たちは既に消費者や企業のデータ、そして国家安全保障を守るための新たな暗号化プロトコルの開発に取り組んでいます。量子コンピュータ向けに開発されるアプリケーションは、炭素隔離の新たな方法の開発やバッテリーの改良など、材料科学、化学科学、環境科学における既存の課題の克服に役立つことが期待されます。
シアトル地域はサンフランシスコ・ベイエリアと並んで米国で2大テクノロジーセンターの一つですが、量子研究のリーディングセンターとなるためには、今こそ投資を行う必要があります。この目標を達成するためには、ワシントン大学の量子研究能力を強化するための財政支援を大幅に拡充する必要があると、そして同様に重要な、包括的な量子情報科学カリキュラムの構築が必要だと主張しました。ワシントン大学のポール・G・アレン・コンピュータサイエンス・エンジニアリング学部は今年、MicrosoftのQ#言語を教えるコースを開始しましたが、この地域を将来の主要な量子センターの一つにするためには、1つのコースだけでは不十分です。
幸いなことに、マイクロソフトは量子コンピューティングの分野で広く認められたリーダー企業の一つであり、この地域のネットワーク構築に尽力しています。マイクロソフトCEOのサティア・ナデラは、10年前にマイクロソフトの量子コンピューティングイニシアチブを立ち上げた、元最高技術責任者で研究リーダーのクレイグ・マンディ氏に敬意を表しています。
マイクロソフトの目標は、量子コンピューティングの聖杯とも言える「汎用」量子コンピュータの構築に他なりません。同時に、量子に精通し、量子プログラムを作成できる研究者の育成にも取り組んでいます。同社は量子コンピュータ言語「Q#」に加え、量子開発キットと「Katas」（従来のコンピュータ科学者が量子コンピューティングのスキルを習得するために使用できる計算タスク）を開発・リリースしました。また、量子プログラムのオープンソースライブラリを構築し、量子分野のスタートアップ企業や開発者を支援するためにMicrosoft Quantum Networkを立ち上げました。
連邦政府は最近、国家量子イニシアチブ（National Quantum Initiative）を立ち上げました。このイニシアチブは、今後5年間で主に量子研究者に12億ドルを提供するものです。この法案は上院で全会一致、下院で348対11の賛成多数で可決され、大統領は12月にこの新法に署名しました。その目的には、「未来の量子スマートな労働力を育成し、政府、学界、民間セクターのリーダーと協力して量子情報科学（QIS）を推進する」ことが含まれています。
この連邦政府からの資金提供は歓迎すべきものですが、中国の国家量子プロジェクトに相当するマンハッタン規模のプロジェクトに必要な額には満たないものです。特に技術に精通した議員が多数含まれる私たちの議会代表団が、この資金の公平な配分を求める私たちの主張を擁護することは、この地域にとって非常に重要です。ワシントン州議会は、地元の支持を示す頭金として、ワシントン大学における量子コンピューティングと教育への予算配分を行うことで、この主張を支持すべきです。
民間企業には、マイクロソフトが既に行っていることに加えて、量子研究への取り組みを支援する役割もあります。2012年の世界不況のさなか、アマゾンがワシントン大学に助成金を支給したことを思い出します。当時ワシントン大学のコンピュータサイエンス学部長だったエド・ラゾウスカ氏が、カーネギーメロン大学のカルロス・ゲストリン教授とペンシルベニア大学のエミリー・フォックス教授という2人の著名な教授を採用し、ワシントン大学の機械学習の専門知識を強化するために資金提供しました。この2件の100万ドルの寄付により、2つの寄付教授職が創設されました。インフレによって寄付教授職の価格は確かに上昇しましたが、このような状況が繰り返される可能性もあるでしょう。
私たちの地域の量子専門知識を構築するもう一つの方法は、地元の技術起業家が、5つの1億ドル以上の科学研究所に資金を提供したポール・アレンの例に倣うことです。その一つが、元ワシントン大学教授で現在はマドローナのベンチャーパートナーであるオーレン・エツィオーニが率いるアレン人工知能研究所です。
量子人材の育成は、量子情報科学への足掛かりとなるコンピュータサイエンスの教育をK-12（小中学校）で行うことから始まります。米国のK-12（小中学校）では、基礎的なコンピュータサイエンスの教育が著しく不足しています。Code.orgによると、全国的に見て、コンピュータサイエンスのコースを提供している高校はわずか35%です。低所得者層やマイノリティの学校では、この割合はさらに低くなります。なぜなら、この35%という数字は、コンピュータサイエンスのコースを提供している可能性が高い郊外の学校が多いことを反映しているからです。
高校におけるこのギャップへの対応は始まっていますが、より大規模な取り組みが必要です。民間企業は、このギャップの一部を埋めるのに役立ちます。Amazonは最近、「Future Engineers」プログラムを発表しました。このプログラムには、恵まれない学生向けのコンピュータサイエンスとSTEM教育への5,000万ドルの投資が含まれています。このプログラムの一環として、Amazonは数週間前に全50州の1,000校以上への助成金を発表しました。そのうち700校以上はタイトル1校です。研究によると、恵まれない学生が高校で高度なコンピュータサイエンスのコースを受講すると、大学でコンピュータサイエンスを専攻する可能性が8倍になることが示されています。
Amazonに加え、Microsoftをはじめとするテクノロジー企業も、コンピュータサイエンス教育の拡充に向けたプログラムを展開しています。Microsoftが支援するプログラムの一つにTEALSがあります。TEALSは、従業員や退職者をボランティアとして組織し、学校でコンピュータサイエンスを教える活動です。Amazon、Microsoftをはじめとするテクノロジー企業は、公立学校におけるコンピュータサイエンス教育の拡充に大きな効果を上げているCode.orgに多額の資金援助を行っています。
労働統計局は、2020年までにコンピュータサイエンス関連の求人が140万件に達すると予測していますが、これらの職種に応募できるスキルを持つコンピュータサイエンスの卒業生はわずか40万人に過ぎません。この40万人のうち、マイノリティや低所得世帯の出身者はごくわずかです。ワシントン州でも同様の需要があり、必要な求人数と毎年の卒業生数の間には数千ドルもの差があります。
シアトルをはじめとする米国のテクノロジーセンターでは、これらの職種に就くために、海外から相当数のコンピューター科学者を惹きつけ、維持することができたのは幸運でした。しかし、移民や貿易をめぐる不確実性により、この流れは不確実であり、必要なほど堅固ではない可能性があります。
さらに重要なのは、子供たち、特に恵まれない子供たちに機会を与えないことで、彼らをないがしろにしているということです。所得格差を解消する最善の方法は、公教育制度を改善し、より幅広い層の人々が将来の仕事に就けるようにすることです。テクノロジー・アクセス・ファウンデーションのような団体は、カリキュラムの作成、マイノリティの教師の採用、学校の建設などを通じて、この問題に真正面から取り組んでいます。私たちはこれらの団体を支援し、彼らのアプローチを広く実践していく必要があります。
大学レベルでも、十分な数のコンピュータ科学者を育成できていません。ワシントン大学のように大規模で質の高いコンピュータサイエンス学部を有する大学でさえ、コンピュータ科学者の需要を満たすことができていません。アレンスクールは毎年約450人の学部生を輩出しています。これは数年前の卒業生数の2倍ですが、州で必要とされる年間数千人の学生数には大きく足りません。さらに倍増させる必要がありますが、資金が不足しています。
つまり、私たちの地域は、K-12 学校からコンピューター サイエンスの労働力を構築することに再度取り組み、量子に関する専門知識と労働力を構築するための新たな取り組みを開始する必要があります。
