マイクロソフトの量子ブレークスルーは、数十年ではなく数年以内にコンピューティングの次の時代を告げると約束している。
マイクロソフトは、新たな物質状態に基づいた新しい量子プロセッサを開発したと発表し、世界で最も困難な問題のいくつかを解決するという量子コンピューティングの長期的な目標の達成に明確な道筋を示した。
「この画期的な進歩により、一部の人が予想していたように数十年ではなく、数年で真に意味のある量子コンピュータを開発できるようになると信じている」とマイクロソフトのCEO、サティア・ナデラ氏はこのニュースに関するリンクトインの投稿で述べた。
マイクロソフトのアプローチは、既存の量子プロセッサを大量に使用してエラーを克服することに注力してきたGoogleやIBMなどの企業とは異なります。マイクロソフトは、そもそもの精度を向上させることを目的とした新たな量子技術の開発に注力しています。
「これは競争環境を根本的に変えるものだ」と、ガートナーの量子コンピューティング担当アナリスト、チラグ・デカテ氏は述べた。このアプローチが大規模環境で機能するかどうかはまだ実証されていないものの、今回の進歩は、量子技術のブレークスルーを追求する他の主要企業に対して、マイクロソフトに強力な競争優位性をもたらすだろうとデカテ氏は述べた。
現代のコンピューター技術においてトランジスタが真空管に取って代わったように、マイクロソフトは最新の技術で「量子時代のトランジスタ」を生み出したと、マイクロソフトのテクニカルフェロー兼量子ハードウェア担当コーポレートバイスプレジデントのチェタン・ナヤック氏はGeekWireとのインタビューで語った。
これらのイノベーションは、マイクロソフトの19年にわたる量子コンピューティングの取り組みの成果であり、現在、同社で最も長く続いている研究開発プログラムとなっている。
「これは私たちが長い間夢見てきた瞬間です」とナヤック氏は語った。
マイクロソフトは、化学、生化学、材料科学などの分野で量子コンピューティングに大きな可能性があるとみており、特に人工知能モデルの改良や改善に利用すれば、医療や製造業などの分野を大きく前進させることができるとしている。
同社はまた、同社の技術革新に基づくフォールトトレラント量子コンピュータのプロトタイプ構築に、米国防高等研究計画局（DARPA）に選ばれたと発表した。
水曜日に発表された進歩が量子時代のトランジスターを表すものであるならば、この将来のフォールトトレラント量子コンピューターは集積回路となるだろうとナヤック氏は語った。
マイクロソフトは、水曜日にネイチャー誌に発表した研究論文の中で、世界初の「トポロジカル」量子ビットの作成を可能にした科学的躍進について述べている。
[2月20日更新:外部の専門家は同社に対し、より多くの実証的証拠を求めており、フォーチュン誌が詳述したようにマイクロソフトが実用的なトポロジカルキュービットの作成に成功したかどうかについて懐疑的な見方を示している。]
量子ビットは量子コンピュータにおける情報の基本単位です。1と0を切り替える従来のバイナリコンピュータとは異なり、量子ビットは量子力学のおかげで複数の状態を同時に持つことができ、はるかに大きな計算能力を実現します。
「トポロジカル」とは、マイクロソフトの新しい量子ビットが情報を保存する方法を指します。このアプローチは、個々の原子よりも、材料全体の設計に大きく依存します。
Googleは12月、既存の量子ビットを大量に使用することでエラーを飛躍的に削減する独自の量子チップ「Willow」を発表し、大きな話題を呼んだ。Googleをはじめとする多くの企業は、スケールによってエラーを克服する「Noisy Intermediate-Scale Quantum（NISQ）」と呼ばれる手法を採用している。
しかし、マイクロソフトは新しいトポロジカル量子ビットによって、量子コンピューティングの基本コンポーネントをより安定させ、エラーが発生しにくくし、より大規模に効率性を大幅に高めることを目指しています。
同社によれば、最終的に100万量子ビットを収容できるように設計された「Majorana 1」と呼ばれるチップに、8つのトポロジカル量子ビットを配置したという。
「100万量子ビットの量子コンピュータは単なるマイルストーンではありません。世界で最も困難な問題のいくつかを解決への入り口なのです」と、マイクロソフトのナヤック氏は水曜日の朝の投稿で述べた。彼は、「この規模の量子コンピューティングは、橋のひび割れを修復する自己修復材料、持続可能な農業、より安全な化学物質の発見といった革新につながる可能性があります」と説明した。
これらすべての鍵となるのは、電子を「準粒子」へと変化させ、マヨラナ粒子（マイアナ粒子）の性質を模倣する新材料です。マヨラナ粒子は、1937年にイタリアの物理学者エットーレ・マヨラナによって提唱され、電子を2つの別々の場所に分割します。量子ビットを変化させるには、両方の場所を同時に乱す必要があるため、乱れが生じる可能性が低くなります。
これが、より安定した量子ビットを作成するための鍵となります。
マイクロソフトは2022年に、研究者らが精密に調整されたナノワイヤの両端に存在するマヨラナゼロモードと呼ばれる現象の証拠を発見したと初めて発表しました。この発見に続き、同社は2023年にマヨラナ準粒子を制御できることを発表しました。
最新の進歩の鍵となったのは、トポコンダクターの創出です。これは、アルミニウムとインジウムヒ素（赤外線検出器などに用いられる）を極低温プロセスで組み合わせることで作られる新しいカテゴリーの材料です。このトポコンダクターは、固体でも液体でも気体でもない、トポロジカル超伝導と呼ばれる新しい物質状態を可能にします。
同時に同社は、トポロジカルキュービットから量子情報を正確に読み取る方法を開発したと発表している。この方法では、システムが電子の数が偶数か奇数かをカウントできる小さなコンデンサーである「量子ドット」が使用される。
マイクロソフトは、その結果得られる効率性と安定性により、最終的には量子コンピューティングの実現に必要な規模と精度が実現可能になると述べている。
「今回の発見は、実際にはそのタイムラインを早めるものだと思います」と、このニュースをどう捉えるかと問われたナヤック氏は述べた。「ですから、数十年先だとは思っていません。むしろ、数年先だと考えています」
