マイクロソフトは開発者に量子コンピューティングのニーズを見積もる新しい方法を提供する
アラン・ボイル著
未来の量子コンピューティングの課題を解決するには何が必要でしょうか？Microsoft はそのためのためのアプリを開発しました。そして今、世界中の開発者もそれを利用できるようになりました。
このアプリは「Azure Quantum Resource Estimator」と呼ばれています。これはもともとMicrosoft社内向けに開発されたソフトウェアツールです。このツールは既に同社のフルスタック量子コンピュータ開発の取り組みを支えており、現在では社外の開発者が特定の量子アルゴリズムを妥当な時間で実行するために必要な計算能力を算出するのにも役立っています。
これは重要な問題です。なぜなら、古典コンピューティングに用いられるガイドラインは、必ずしも量子フロンティアには当てはまらないからです。古典コンピュータとは異なり、量子コンピュータは、量子ビット（キュービットとしてよく知られています）が1と0を同時に表現できる環境を活用します。
量子アプローチは、ネットワークの最適化や、特定の化学タスクを実行する合成分子の設計方法の解明など、特定の種類の問題を解決する場合、標準的なバイナリ コンピューティング アプローチよりもはるかに効率的です。
「例えば、大気中から有害なガスを除去する方法などを研究できるようになります」と、マイクロソフトの著名なエンジニアで量子ソフトウェア担当副社長のクリスタ・スヴォレ氏はGeekWireに語った。
「10年前、量子コンピュータの実行には10億年かかると考えられていました」とスヴォレ氏は述べた。「それは本当に長い時間です。しかし、この10年間で、量子コンピュータの実行時間を1ヶ月にまで短縮することができました。まさにこのリソース推定ツール、つまりアルゴリズムのコストを把握するツールを使うことで、それが可能になったのです。そして、それに応じてハードウェアの再設計も行うことができました。」
ちょっとした落とし穴がある。リソース推定器が基準として用いる種類の量子コンピュータはまだ存在しないのだ。「実用的な量子優位性があると特定した問題を実行するには、これらの量子マシンには少なくとも100万量子ビットが必要だということが分かりました」とスヴォレ氏は述べた。
先週、IBMはわずか433量子ビットを束ねる同社最大の量子プロセッサを発表しました。IBMは2025年までにシステムを4,000量子ビット以上に拡張することを目指しており、D-Wave Systemsは2023年から2024年にかけて7,000量子ビットのアニーリング量子コンピュータの展開を計画しています。しかし、これらのマシンでさえ、スヴォア氏とマイクロソフトの同僚たちが目指す性能には遠く及びません。
「100万以上の物理量子ビットを持つ量子マシンの実現には何年もかかる」とスヴォレ氏は認めた。しかし、量子コンピューティングの応用分野を深く理解するには、さらに何年もかかるだろうと指摘した。「ですから、準備は必要です」と彼女は述べた。
リソース推定機能は、開発者が古典的なアプローチと量子的なアプローチを組み合わせてハイブリッドな方法で問題を解決しようとする場合に特に役立ちます。
「これはハイブリッドを理解するための素晴らしいツールです」とスヴォレ氏は述べた。「私は従来型コンピューティングと量子コンピューティングを組み合わせています。それぞれのコストはいくらでしょうか？量子コンピューティングは、従来型コンピューティングよりも高速化できる場合にのみ使用する必要があります。つまり、従来型コンピューティングと従来型コンピューティングを組み合わせた場合と、従来型コンピューティングと量子型コンピューティングを組み合わせた場合を比較する必要があるのです。これは、そうした研究を可能にするツールです。」
推定ツールは、量子ビットの数、エラー訂正方式の種類、およびその他のパラメータに応じて、さまざまな計算シナリオで特定のアルゴリズムを実行するのに必要な処理時間を大まかに示します。
スヴォレ氏は、この推定ツールはソフトウェア開発者に対し、量子アルゴリズムの微調整が実行時間の高速化にどのようにつながるかを示すことができると述べた。「マイクロソフトでは、このツールを使ってマシンの基盤となるアーキテクチャを開発し、どのようなマシンがこれらのアルゴリズムを実現できるかを理解しようとしています」と彼女は述べた。このツールは、トポロジカルベースの量子マシンが「必要なスケールアップを可能にする」というマイクロソフトの見解を裏付けているとスヴォレ氏は述べた。
推定ツールを使用する最初の手順は、Azure アカウントの設定と Azure Quantum ワークスペースの作成です。その後は、この量子リソース推定入門で概説されている手順に従ってください。
Zapata Computingの量子ソフトウェアエンジニア、ミハル・ステクリー氏は、マイクロソフトのブログ投稿で、この推定ツールは「使いやすい」と述べた。
「統合プロセスはシンプルで、結果は誤り訂正の初心者にとって役立つ高レベルの概要と、専門家にとって詳細な内訳の両方を提供します」とステクリー氏は述べた。「リソース推定は、フォールトトレラントな量子アルゴリズムに取り組むすべての人にとって、パイプラインの一部となるべきです。」
1964年、ノーベル賞受賞物理学者リチャード・ファインマンは「量子力学を理解している人は誰もいないと言っても過言ではない」と有名な言葉を残しています。今では量子コンピューティングのための「使いやすい」ツールが存在するという事実は、当時からどれほど進歩したかを示すものと言えるかもしれません。
