マイクロソフトの量子コンピューティングネットワークがスタートアップサミットで大きな飛躍を遂げる

ワシントン州レドモンド — 量子コンピューティングはまだ初期段階にあるかもしれないが、Microsoft Quantum Network は社内開発者、研究関係者、そしてスタートアップ界の未来のスターたちによって育てられ、すっかり成長している。

このネットワークは本日、マイクロソフトのレドモンド キャンパスで開催されたスタートアップ サミットで正式にデビューしました。このサミットでは、同社の量子コンピューティングのビジョンが示され、ネットワーク パートナーにマイクロソフトの量子関連ツールが紹介されました。

量子コンピューティングは、半世紀以上にわたって主流を占めてきた従来のコンピュータ技術とは対照的です。従来のコンピューティングは1と0のビットベース処理に基づいていますが、量子コンピューティングは量子物理学の奇妙な効果を活用します。量子ビット（キュービット）は、必ずしも1または0を表す必要はなく、計算中に複数の状態を表すことができます。

量子アプローチは、分子相互作用のモデリングや大規模システムの最適化など、従来のコンピュータでは容易に解決できない計算問題を解くことができるはずです。マイクロソフトのAzureハードウェアシステムグループ担当コーポレートバイスプレジデント、トッド・ホルムダール氏は、「これは世界を変革するアプリケーションへの道を開く可能性がある」と述べています。

「気候変動のような問題に取り組んでいます」とホルムダール氏は述べた。「食糧生産における大きな問題の解決にも取り組んでいます。材料科学、パーソナルヘルスケア、機械学習といった分野でも、課題解決のチャンスがあると考えています。これらすべては量子コンピュータによって可能になり、実現可能になります。私たちはここで、量子経済の到来を告げていると話してきました。」

今週のスタートアップサミットには、16社のスタートアップ企業の代表者が招待されました。サミットでは、ホルムダール氏をはじめとするマイクロソフトの量子チームのリーダーによる講演に加え、マイクロソフトのプログラミングツールに焦点を当てたデモやワークショップが行われました。（シアトルに最も近いスタートアップは、ブリティッシュコロンビア州バンクーバーに拠点を置く1QBitです。）

過去 1 年半にわたり、マイクロソフトは量子開発キットの一部として Q# (「Q-sharp」) と呼ばれる新しい量子対応プログラミング言語をリリースし、パシフィック・ノースウエスト国立研究所や世界中の学術機関の研究者と協力して、この分野の技術的な基礎を築いてきました。

その基盤構築の大きな部分は、極低温で冷却されたナノワイヤベースのハードウェアにエラー訂正機構を組み込んだトポロジカルアーキテクチャに基づく汎用量子コンピュータの開発です。量子システムにおけるエラー生成ノイズの削減は、実用的なコンピュータを実現する鍵となります。

「当社の量子ビットは競合他社の量子ビットの約1,000個に匹敵すると考えています」とホルムダール氏は語った。

現在、量子コンピューティングの分野では激しい競争が繰り広げられています。IBM、Google、Intel はいずれも汎用量子コンピューターに向けた同様の技術に取り組んでおり、一方でカナダの D-Wave Systems は量子アニーリングと呼ばれるより限定的なタイプのコンピューティング技術を活用しています。

D-Wave は今週、量子ノイズを削減し、既存のプラットフォームの量子ビット数を 2,000 個のリンクされた量子ビットから 5,000 個へと 2 倍以上に増やすという新しいタイプのコンピューター トポロジーの計画をプレビューしました。

しかし、量子コンピューティングの能力は、単に量子ビットの数を数えるだけでは測れない。計算効率とエラー削減能力が大きな違いを生む可能性があると、マイクロソフトの主任研究員マティアス・トロイヤー氏は述べた。

例えば、作物の窒素固定の分子メカニズムをシミュレーションする標準的なアプローチでは、3万年の処理時間が必要になる可能性があると彼は述べた。しかし、並列処理と強化されたエラー訂正を可能にするようにタスクを構造化すれば、必要な実行時間は2日未満に短縮できる。

「量子ソフトウェアエンジニアリングは、ハードウェアエンジニアリングと同じくらい重要です」とトロイヤー氏は語った。

マイクロソフトの量子ビジネス開発担当ディレクター、ジュリー・ラブ氏は、マイクロソフトはまず、同社のクラウドベースサービスであるAzureを通じて量子コンピューティングを提供する予定だと述べた。すべての計算問題が量子アプローチに適しているわけではない。アプリケーションは従来の処理と量子処理を切り替えながら処理する可能性が高い。つまり、C#プログラミング言語などの従来のツールとQ#などの量子ツールを切り替える可能性がはるかに高いのだ。

「化学や材料の分野で研究していると、こうした問題はすべて、『解決不可能とされている』問題に突き当たります」とラブ氏は述べた。「量子は、そこにブレイクスルーをもたらす可能性を与えてくれるのです。」

ラブ氏は具体的なアプリケーションの登場時期について明確なスケジュールを明かすことを避けているが、昨年ホルムダール氏は「5年後には商用量子コンピューターが存在するだろう」と予測した。（この予測がどうなったかは2023年に改めて確認してほしい。）

最初の応用分野は、分子化学のシミュレーションに焦点を当て、より優れた医薬品、より効率的な肥料、より優れた電池、石油・ガス産業向けのより環境に優しい化学薬品、そして新たな種類の高温超伝導体の試作を目指すことになるでしょう。さらには、大気中の過剰な二酸化炭素を除去する材料をカスタム設計することで、気候変動の課題にも対処できるかもしれません。

ラブ氏は、量子コンピューターは、シアトルの都心部の交通の流れを改善する方法を見つけるといった最適化問題に対処するのにも適しており、AIモデリングに必要なトレーニング時間を短縮するのにも適していると述べた。

「このリストは今後も進化し続けるでしょう」と彼女は語った。

https://www.youtube.com/watch?v=doNNClTTYwE

量子コンピューティングの話題になると、必ず暗号についても触れなければなりません。量子コンピューターは、電子メールの暗号化から銀行のプロトコルに至るまで、現在あらゆる安全な取引を保護している暗号を解読することが理論的には可能です。

ラブ氏は、量子コンピュータでさえ膨大な計算リソースが必要となるため、暗号解読への応用は他の可能性のある応用よりも実現が遠いと述べた。しかし、懸念するのは時期尚早ではない。「私たちは、いわゆるポスト量子暗号の研究にかなり力を入れています」と彼女は述べた。

次世代データセキュリティは、昨年12月に議会とホワイトハウスによって承認された12億ドル規模の国家量子イニシアチブで取り上げられた重要なテーマの一つです。ラブ氏によると、マイクロソフトの耐量子暗号プロトコルは、すでに米国立標準技術研究所（NIST）による初期審査を通過しているとのことです。

「私たちは本当にオープンな形でこれに取り組んできました」と彼女は語った。

他の技術と同様に、量子コンピューティングにも明るい面と暗い面があることは間違いありません。しかし、開発者たちがその両面について先を見据えて検討していることは、心強いことです。