量子コンピューティングは私たちに何をもたらすのか？プログラマーと政策立案者がアイデアを共有

量子コンピューター科学者のクリスタ・スヴォレには夢がある。

夢の中で彼女は、量子計算を用いてGPSの読み取り精度を高め、渋滞の中でルートを最適化する自動運転車に乗って、ワシントン大学で今週開催されるノースウェスト・クォンタム・ネクサス・サミットに到着する。「だから、今までで一番早くここに着いたんです」とスヴォレは言った。

「量子クレジットカードで支払いました。完全に安全なので、誰にも盗まれていないと確信しています」と彼女は言った。「途中で外を見ると、空気が澄んでいてさわやかでした。大気中の二酸化炭素排出量は増加しています。よりクリーンなエネルギーソリューションも実現しています。実際、この国は常温超伝導ケーブルで配線し直したばかりで、全米にロスのない送電網が整備されています。」

スヴォレ氏の夢では、量子コンピューターが電力伝送経路を最適化し、太陽光や風力発電を常時利用可能な電力に変換する超高効率蓄電池の化学反応も生み出している。「これらすべてが、私の電気代削減につながっています」と彼女は語った。

分子レベルで新薬を設計し、驚くほどの精度で遠くのブラックホールをマッピングし、次世代が量子物理学の奇妙な世界の仕組みに慣れるのに役立つ新しいタイプのゲームを作成できる量子テクノロジーの夢を味わいましょう。

「これが昨夜の夢でした」とスヴォレ氏は言った。「世界は違っていました。量子の世界でした。しかし実際、この夢はここにあります。世界は量子です。そして今、この夢を実現するのは、ここ北西部で実現するのは、私たちの手中にあります。」

現実世界では、スヴォレ氏はマイクロソフトの量子ソフトウェア担当ゼネラルマネージャーであり、本日閉幕した今週の量子コンピューティングサミットの主催者の一人です。このイベントの目的は、太平洋岸北西部の量子研究コミュニティにおける新たなつながりを構築することでした。

マイクロソフト、ワシントン大学、パシフィック・ノースウエスト国立研究所はすでにこの分野で生産的な官民パートナーシップを結んでおり、今週のイベントにはワシントン州、オレゴン州、ブリティッシュ・コロンビア州などから同じ志を持つ何百人もの研究リーダーが参加した。

量子コンピューティングは、計算結果が読み出されるまで同時に異なる値を保持できる量子ビット（キュービット）の操作に依存する点で、従来のデジタルコンピューティングとは異なります。ハードウェアとソフトウェアの連携は複雑ですが、ブリティッシュコロンビア州バーナビーのD-Wave Systemsなど、一部の企業が既に第一世代の量子クラウドサービスを提供しています。マイクロソフトは、5年以内にAzureクラウドプラットフォーム上に独自の量子コンピューティングネットワークを構築したいと考えています。

量子研究への資金提供は単なる夢ではありません。テクノロジー企業は量子研究に数百万ドルを投入しており、最近承認された国家量子イニシアチブ法は、今後5年間で12億ドルを量子研究に充てることを決めました。ホワイトハウスが最近発表した予算案では、来年度に量子情報科学に4億3000万ドルを支出することが盛り込まれています。

「量子情報科学は、私たちの科学的知識に革命をもたらし、産業基盤を向上させ、経済と国家安全保障に大きな利益をもたらす可能性を秘めている」と、ホワイトハウスは研究開発予算の概要の中で述べている。4億3000万ドルは、国防総省、米国エネルギー省、国立科学財団、国立標準技術研究所に分配される。

エネルギー省科学局長に指名されたクリス・フォール氏は、量子情報科学は暗号を解読し、新しい形の安全な通信を生み出す可能性があるため、経済と国家安全保障にとって極めて重要になると述べた。

エネルギー省は、国家量子イニシアチブ法の実現に向けて、地域量子研究センターのネットワーク構築に向けて準備を進めており、ノースウェスト・クォンタム・ネクサスもこのネットワークへの参加を望んでいる。

フォール氏は、センターがどこに設置されるかは予測できないと述べたものの、量子研究は同学部の優先事項となることを出席者に保証した。「私たちは本当に全力を尽くして取り組んでいきます」と彼は述べた。

ホワイトハウスの科学技術政策局の量子情報科学担当副局長ジェイコブ・テイラー氏は、量子探究によって引き起こされる幅広い技術進歩に焦点を当てた。

「量子コンピュータの構築を考える時、量子ビットの構築は考えません」と彼は言った。「材料科学、制御エレクトロニクス、極低温工学、レーザー、真空システム、制御ソフトウェアについて考えます。…量子センシング、そしてある程度は量子ネットワークの分野で起こっていることを、科学の大きな推進力であると同時に、量子コンピュータの構築に必要な技術基盤として捉えています。」

人工知能研究と同様に、量子コンピューティングの分野でも米国にはライバルが存在します。欧州連合（EU）は「Quantum Flagship」構想に10億ドル以上を拠出しており、一部の報道によると中国も量子技術に数十億ドルを注ぎ込んでいるとのことです。

しかしテイラー氏は、ドル単位での比較には慎重な姿勢を示した。プログラムの種類によって分類方法が異なるため、中国が実際にどれだけの資金を費やしているかを正確に把握するのは難しいと指摘した。「言えるのは、中国が多額の資金を費やしていることは明らかだ」とテイラー氏は述べた。

ワシントン州選出の民主党下院議員アダム・スミス氏は、量子コンピューティング競争を主に国家安全保障の観点から見ていると述べた。同氏は、量子コンピューティングの詳細な仕組みを理解するのは容易ではないことを認めた。

「一つ理解しているのは、この制度によって理論を検証し、直面する課題を検証し、『どうすれば答えが得られるのか？』を考えることができるということです。…防衛の世界では、あらゆることをより良く行うことが重要です」と、下院軍事委員会の委員長を務めるスミス氏は述べた。

スミス氏は自分自身の量子に関する夢を持っていると語った。

「子供の頃、アイザック・アシモフの『ファウンデーション』三部作を読みました。私が望んでいたのは、敵が何をするのか、人類が何をするのかを予測できるようになることです」とスミス氏は語った。「実は、これは全くの冗談ではありません」

3月20日午前8時13分（太平洋標準時）の更新：クリス・フォール氏がエネルギー省科学局長に指名されたものの、まだ上院で承認されていないことを明確にするために、このレポートを修正しました。