
すごいぞ量子コンピュータ
よくテレビなどでも耳にするようになったが、「なんかすごいらしい」「スパコンよりも速いと聞いた」とか、「もう AI への投資ではなく、これからは量子だ」とか、いろいろな話が飛び交っている。
何がすごいのか。ある種類の計算に関してはスパコンを超えるほど早いということが、確認されている。その量子超越性を2019年に Google が発表している。ところで、なぜそれほど速く計算ができるのか?
従来のトランジスタを使ったコンピュータ(これらは量子コンピュータに対して古典コンピュータと言われる)は、トランジスタを使い、ゼロイチの信号を生成させ、それを利用して計算を行ってきた。ゼロとイチで構成された二進法が計算のもとになる。
それに対して量子コンピュータでは、ゼロとイチ以外の情報が計算で利用できる。量子コンピュータの一つの特徴である、「重ね合わせ」だ。なかなかし難いが、ゼロイチではない計算ができるということは、一度にたくさんの計算ができることにつながる。それは速い。
ところで、量子って何だ? 量子は、もともと連続ではなく、粒になったときの状態のこと。それは、電子、陽子、中性子、光子といったレベル。このレベルになると、それらの粒は、我々が想像する粒の性質と波の性質を合わせ持つようになる。これを二重性という。
波は重なりますよね。例えば、イヤホンのノイズキャンセリングなどは、聞こえる音、この場合は音波の逆位相の信号を瞬時に合成して重ねることで、ノイズである町の雑踏の音を抑えて本来聞きたい音を聞こえやすくする技術。
現在、主流の超電導方式では、ジョセフソン接合を持つ超電導共振回路を使用して、回路のエネルギー状態の非連続性と非線形性を利用する。エネルギーの基底状態(最も低いエネルギー)と励起状態(基底状態よりも一段高いエネルギー状態)をゼロとイチに設定して、これを信号として扱う。実際の原子を使わずに、エネルギー準位の特性を利用するため、人工原子と呼ばれる。これが超電導方式では、状態を保っていられる時間が長い「トランズモン量子ビット」。
この基となる研究は、NECの元研究者で現東京大学教授の中村先生によって初めて報告された。理化学研究所の量子コンピュータ研究センターのセンター長も務め、富士通と共同で256量子ビットの量子コンピュータを開発したとして、今年5月の話題となった。
ざっくりとした計算が得意でエラーもある?コンピュータ??
そんなものがコンピュータになるのか? ポテンシャルが高いのはわかるけど。なぜエラーを起こすのか。大きな理由の一つは、コヒーレンス時間(量子状態を保っている時間)が長くてミリ秒、つまり1/1000秒。瞬く間、よりも短いためだ。だから、エラーを起こしてしまうことがあり、現在、FTQC、誤り耐性量子コンピュータの構築が最も大事な課題となっている。
今年10月に、Googleが 「Willow チップを使ってスパコンを超えた」と論文を出した。スパコンはエラーのないコンピュータ。だから、エラーは許されない。つまりエラーなしの計算ができるようになったと。しかし、おそらく全ての計算に万能なものではないはずだ。量子コンピュータの方式、超伝導や光などその方式によっても得手不得手が存在するために、比較が難しい。とは言え、超えたという報告がいくつもあるということは、量子超越性が部分的でも実現しているということだ。
光の粒、光子を用いて行う量子コンピュータは、東京大学のスタートアップのOptQCとNTTで進められている。また、中性原子と呼ばれる方法では、アメリカのQuEra社はつくばの産業技術総合研究所に納品もしている。やはり、それぞれの方式でも、誤り訂正技術は必要なので、誤りのないスパコンを全ての状況で超えるのは簡単ではなく、データセンターでの活用など、できるところから、社会実装が始まっている状況だ。
このブログで出てきた企業名は投資推奨銘柄ではありません。投資は自己判断でお願いいたします。





