Googleの「量子超越性」コンピューティングの偉業は、Microsoftからも尊敬を集めている

Googleが率いる研究チームが新型コンピュータチップで「量子超越性」を達成したという情報は数週間前に漏れていたが、本日Nature誌に発表された同チームの研究成果によって、外部の人々は初めてその成果をじっくりと目にすることができた。そして、そのほとんどが感銘を受けた。

もちろん、いつもの注意事項もあった。このプロジェクトは、日常のアプリケーションとは直接関係のない乱数生成の特定の問題に焦点を当てており、Google AI Quantum の Sycamore チップを支える技術が商業的に利用できるようになるまでには何年もかかる可能性がある。

それでも、計算デモンストレーションは、量子コンピューターがいくつかのタスクを従来のコンピューターよりもはるかに高速に実行できるという証拠を提供しました。

「これは量子産業にとって刺激的な科学的成果であり、スケーラブルで実現可能な量子の未来に向けた長い道のりの新たな一歩である」と、量子コンピューティング分野でグーグルの競合企業であるマイクロソフトは、GeekWireに送った声明の中で述べた。

マイクロソフトは2月に量子関連の新興企業や開発者向けの独自のネットワークを立ち上げ、そのわずか数週間後にはワシントン大学やパシフィック・ノースウエスト国立研究所とともにNorthwest Quantum Nexusの組織化において重要な役割を果たした。

「過去2年間、私たちは今日のお客様に量子のインパクトを提供するために取り組んできました」とマイクロソフトは述べています。「ケース・ウェスタン・リザーブ大学のようなお客様は、量子に着想を得た当社のアルゴリズムによって真のメリットを実感しており、約20万人の開発者がオープンソースの量子開発キットを通じて、成長する量子経済に貢献しています。」

量子情報科学は、連邦政府にとって技術的に優先課題の一つです。本日の研究成果を受け、ホワイトハウス最高技術責任者のマイケル・クラツィオス氏はフォーチュン誌に寄稿し、「量子コンピューティングにおける大きな飛躍」は「アメリカの比類なきイノベーション・エコシステム」によってもたらされたと述べています。

ドナルド・トランプ大統領の娘でホワイトハウス顧問のイヴァンカ・トランプ氏もこの動きに加わり、「アメリカは量子超越性を達成した！」とツイートした。

なぜそんなに大騒ぎするのですか?

量子コンピューティングは、コンピュータサイエンスの最も未開拓な分野の一つであり、暗号化、分子化学、電池材料、高温超伝導体などの分野での飛躍的な進歩を促進すると期待されています。

古典的コンピュータは0と1の数字を基盤としています。一方、量子コンピューティングデバイスは、処理中に複数の値を同時に保持できる量子ビット（キュービット）を利用します。量子物理学の不思議な世界に従い、結果は読み出されたときにのみ確定的な値となります。

ブリティッシュコロンビア州バンクーバー近郊に拠点を置くD-Wave Systemsは、量子アニーリングと呼ばれる手法を限定的な計算用途に用いるデバイスを開発しました。Google、Microsoft、IBMなどの企業は、汎用量子コンピュータの開発により、さらなる進歩を目指しています。

あらゆる種類の計算問題が量子アプローチに適しているわけではありませんが、コンピュータ科学者たちは、量子コンピュータは理論的にはある種の問題を古典コンピュータよりもはるかに容易に解くことができるはずだと主張してきました。本日発表された論文で説明されている実験は、こうした主張がもはや単なる理論上のものではないことを示唆しています。

研究者たちは、高速で高精度な量子論理ゲートを組み込んだ54量子ビットのSycamoreプロセッサチップを使用しました。このシステムは、相互接続された量子ビットネットワークの最大の問題点の一つであるエラー率を低減するように設計されました。

このシステムは、ランダムな量子回路の構成に対応して、徐々に長くなる数字のシーケンスを生成することでテストされました。

「私たちのマシンは目標の計算を200秒で実行しました。実験での測定から、世界最速のスーパーコンピュータでも同様の成果を出すには1万年かかると判定しました」と、Googleの主任研究員であるジョン・マルティニス氏とセルジオ・ボイショ氏は本日のブログ投稿で報告した。

研究者たちは、この実験は、古典コンピュータがあらゆる合理的な計算モデルを効率的に実装できるという仮説に挑むことに成功したと述べた。これが「量子超越性」という言葉の意味するところだ。

「従来のコンピューターでは合理的にエミュレートできない初の量子計算によって、私たちは探求すべき新しいコンピューティングの領域を開拓した」と研究者らは記している。

IBM は Google の主張に疑問を投げかけ、同社の Summit スーパーコンピューターなら 1 万年よりはるかに短い時間、正確には 2.5 日で、はるかに高い忠実度でこのタスクを実行できたはずだと述べたが、今日、Google は IBM の疑問に疑問を投げかけた。

Sycamore 量子コンピュータは完全にプログラム可能で、汎用量子アルゴリズムを実行できるため、今後さらにテストが行​​われることになります。

「私たちのチームはすでに、量子物理学シミュレーションや量子化学、生成機械学習などの新しいアプリケーションなど、近い将来のアプリケーションに取り組んでいます」とマルティニス氏とボイショ氏は述べた。

彼らは、Sycamoreシステムの耐障害性向上に向けた取り組みを継続しており、共同研究者や学術研究者がさらなる実験に利用できるようにしていくと述べた。「創造的な研究者はイノベーションにとって最も重要なリソースです。新たな計算リソースを手に入れた今、より多くの研究者が何か有用なものを発明しようと意欲的にこの分野に参入してくれることを期待しています」とマルティニス氏とボイショ氏は述べた。

マルティニス氏とボイショ氏は、「プログラム可能な超伝導プロセッサを用いた量子超越性」と題されたネイチャー誌掲載論文の77名の著者の一人です。著者は、Google AI Quantum、NASAエイムズ研究センターの量子AI研究所（QuAIL）、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、オークリッジ国立研究所、ユーリッヒ研究センターなどの機関に所属しています。