D-Wave Systemsは量子コンピューティングを使用して超伝導体の奇妙さをシミュレートします
アラン・ボイル著
量子コンピュータの主な用途の1つは、自然の量子現象をシミュレートすることであり、新たに発表された研究で、カナダのD-Wave Systemsの研究者らはそれを実行する方法を実証した。
彼らがシミュレーションした現象は、薄膜超伝導および超流動に関連するトポロジカル相転移を伴う。これはコスターリッツ・サウレス相転移と呼ばれ、この転移がどのように起こるかを解明したブラウン大学のマイケル・コスターリッツ氏とワシントン大学のデビッド・サウレス氏は、2016年のノーベル物理学賞を共同受賞した。
今日、コスターリッツ氏はネイチャー誌に掲載された論文で説明されている量子コンピューターシミュレーションを称賛した。
「この論文は、他の方法では本質的に不可能だった物理システムのシミュレーションにおける画期的な進歩を表しています」とコスターリッツ氏はD-Waveのニュースリリースで述べた。「このテストでは、期待された結果のほとんどが再現されており、これは驚くべき成果です。」
D-Waveの主任科学者モハマド・アミン氏は、この偉業は「量子計算の分野における画期的な出来事」だと語った。
「理論的に予測された物質の状態が、実際の磁性材料で実証される前に量子シミュレーションで初めて実現されました」とアミン氏は述べた。「これは量子シミュレーションの目標達成に向けた重要な一歩であり、実験室で作製する前に材料特性を研究することを可能にします。これは今日では非常にコストと時間がかかるプロセスです。」
コスターリッツ・サウレス相転移は、従来型のシミュレーション手法を用いて既にモデル化されている。ブリティッシュコロンビア州バンクーバー郊外のバーナビーに本社を置くD-Wave社は、完全にプログラム可能な2,048量子ビットのアニーリング量子コンピュータを用いて、これらの従来のシミュレーションと一致する結果を達成した。
D-Waveの2000Qコンピュータは、集積回路として製造された超伝導量子干渉素子（SQUID）磁束量子ビットを使用しています。1または0のどちらかの明確な値を表す従来のビットとは異なり、量子ビットは計算中に両方の値を同時に表すことができます。
長年にわたり、研究者たちはD-Waveのコンピュータが本当に量子効果を示すのかどうかについて議論してきました。今回発表された研究は、D-Waveが先月Science誌に掲載した論文で説明した別の種類のシミュレーションと相まって、D-Waveの量子効果の正当性を確固たるものにしています。
量子物理学の分野の先駆者であるリチャード・ファインマンは、1982年に量子コンピュータを使用して量子現象をシミュレートするというアイデアを初めて提案しました。
「2つの全く異なる量子シミュレーションを実証できたことは、D-Wave社の量子コンピュータのプログラマビリティと柔軟性を物語っています」と、Nature誌掲載論文の主著者であるD-Wave社のアンドリュー・キング氏は述べています。「このプログラマビリティと柔軟性は、リチャード・ファインマンが当初構想した量子シミュレータの2つの重要な要素でした。」
量子コンピュータが研究者の予想通りに動作すれば、カスタム設計された超伝導体やその他の特殊な材料の挙動を、製造のかなり前に予測し、必要に応じて調整することが可能になる。
「これは、将来の量子シミュレータがより複雑で理解が不十分なシステムを探索できるようになるという希望を与え、物理システムのモデルとして定量的な詳細さにおいてシミュレーション結果を信頼できるようになるでしょう」とコスターリッツ氏は述べた。「このシミュレーション手法の今後の応用を楽しみにしています。」
D-Wave Systemsは、Amazon創業者ジェフ・ベゾスのベンチャーキャピタルファンド、ゴールドマン・サックス、In-Q-Telなど、著名な投資家から総額2億ドル以上の資金を調達しています。D-Waveの顧客には、ロッキード・マーティン、グーグル、NASA、ロスアラモス国立研究所、オークリッジ国立研究所などが名を連ねています。
キング氏とアミン氏は、「1,800量子ビットのプログラム可能な格子における位相現象の観測」と題されたネイチャー誌論文の29人の著者の一人です。ベクター研究所のフアン・カラスキージャ氏を除き、全員がD-Wave Systemsに所属しています。
