マイクロソフト、IBM、グーグル、ボーイングが量子コンピューティングに大きく飛躍する理由

ワシントン DC — 量子物理学の小さな世界は、コンピューターサイエンスの最前線では大きな意味を持っています。

マイクロソフトのCEO、サティア・ナデラ氏は、量子コンピューティングを、人工知能（AI）と複合現実（MR）と並んで、同社の未来を形作る3つの主要技術の一つと位置付けています。GoogleとNASAはD-Wave Systemsと提携し、量子コンピューティングの道を切り開いています。IBMはQイニシアチブを展開しており、ボーイングも新たに設立されたDisruptive Computing & Networks部門も量子コンピューティングに注力しています。

ホワイトハウスでは量子情報科学に関するサミットが開催され、議会は今後10年間で量子コンピューティングに13億ドルの増額を与える法案を検討している。

どうしたの？

実のところ、まだそこまで多くはありません。確かに、D-Waveのコンピューターは特定の量子タスクをこなすことができますが、だからといって、量子物理学の奇妙な特性をすべて活用する汎用コンピューターがすぐそこまで来ているわけではありません。

「まだ20年先の話だが、今後20年もそうなると予想される」とユニオン大学の物理学者で『犬に量子物理学を教える方法』の著者であるチャド・オーゼル氏は語った。

では、なぜ量子コンピューティングはこれほど注目を集めているのでしょうか？オーゼル氏をはじめとする専門家たちは、先週末、ジョージ・ワシントン大学で開催されたサイエンスライターズ2018カンファレンスでこの疑問に答えました。

この関心を理解する鍵の一つは、まさに鍵を理解することです。ここで言う鍵とは、ホテルの部屋や自転車の鍵のことではありません。Amazonで何かを購入したり、オンライン銀行振込をしたりする際に、情報の安全性を確保する暗号鍵のことです。

量子コンピュータが実行できる可能性のある特殊なタスクの一つは、素因数分解です。これは現在のデータ暗号化アルゴリズムの中核を成しています。2つの素数の積を計算するのは比較的簡単ですが、素数の1つを知らない限り、その逆の計算ははるかに困難です。少なくとも、古典コンピュータではこのように動作し、この事実がデータの保護に役立っています。

量子コンピューターは、1と0の奇妙な重ね合わせを利用してコードを解読し、現在の暗号化方式を時代遅れにする可能性があります。この機能を実行する能力は「現在の技術をはるかに超えていますが、人々はその研究に取り組んでいます」とオーゼル氏は述べました。

研究者たちは因数分解に取り組むにつれて、より扱いやすい量子タスクの分野で進歩を遂げています。

「量子シミュレーションの実現ははるかに近づいています」とオーゼル氏は述べた。「おそらく、私たちは今まさにその段階に達しています。…これは100%成功するでしょう。」

たとえば、8月にD-Waveの研究者らは、同社の2000Qコンピューターが超伝導に関連する量子相転移をシミュレートできると報告した。これは純粋に古典的なコンピューターでは実行するのが非常に難しいタスクである。

量子シミュレーションは、次世代のバッテリーや電子機器に使用するための新しい材料の分子レベルの設計にも応用できます。

他のアプリケーションでは、通信を盗聴しようとする試みを容易に検知・阻止できるような方法で情報を暗号化できる可能性があります。本日サイエンス誌に掲載されたレビュー記事の中で、オランダのデルフト大学の研究者らは、このようなアプリケーションが今後5年以内に「量子インターネット」の最初の構成要素となる可能性があると述べています。

ボーイングの関心は、安全な通信だけでなく、ネットワークの最適化にも向けられている。これは、量子コンピューターが従来のコンピューターよりも迅速かつ容易に実行できるはずの別の種類のタスクである。

「私たちは常に、事業において非常に複雑な最適化問題に取り組んでいます」と、ボーイングの最高技術責任者であるグレッグ・ヒスロップ氏は今週、GeekWireの取材に答えた。「こうした問題は、計算的に解決するのが非常に困難です。」

プログラマーが量子コンピュータを活用するには、量子コンピュータ向けに最適化されたソフトウェアプラットフォームが必要です。MicrosoftはQ#プログラミング言語、IBMはQiskitと呼ばれるプラットフォーム、そしてD-WaveはLeap Quantum Application Environmentと呼ばれるクラウドベースのプラットフォームを発表しました。

ナデラ氏は、マイクロソフトは長期的な視点で量子コンピューティングに取り組んでいると述べた。「私たちは、短期的なことにこだわるのではなく、汎用量子コンピュータを目指しましょう、それが目標ですから、というアプローチをとってきました」と、昨年マイクロソフト・アラムナイ・ネットワーク主催の集会で述べた。

量子コンピューティング研究へのリソース投入の増加は、ある程度、企業の防衛戦略の一環だと、メリーランド大学の物理学者で共同量子研究所フェローのクリストファー・モンロー氏は述べた。「IBMとグーグルがそうしているのなら、マイクロソフトもそうすべきだ」と彼は述べた。

これらすべての企業、あるいは少なくともそのうちの 1 社は、本格的な量子コンピュータの実現を阻むすべての技術的ハードルを乗り越えることができるでしょうか?

「根本的な理由があって実現できないとは信じがたい」とモンロー氏は述べた。「しかし、資金不足は現実的な理由となるだろう。実際、これは単なる冗談ではない。近い将来に応用が見つからなければ、誰も資金を出さないだろう。科学研究​​は常に存在するが、産業界の関与が…もしそれが止まれば、長期的に見て本当に大規模なシステムを構築するという点で、私たちが困難に直面する前兆となるだろう。」

GeekWireの航空宇宙・科学編集者であるアラン・ボイルは、毎年開催されるScienceWritersカンファレンスの主催団体の一つである、科学ライティング推進協議会（Council for the Advancement of Science Writing）の会長です。量子コンピューティングに関するオーゼルの詳しい情報は、フォーブス誌に掲載されたエッセイ「量子コンピューターとは何か？ 地上3万フィートからの概要」をご覧ください。