この分野の専門家によると、実用的な量子コンピュータの構築競争において残された最大の技術的ハードルの1つはクリアされ、今世紀末までに初の本格的なシステムへの道が開かれる可能性があるという。
量子力学の原理に基づく実用的なコンピューターの数十年にわたる追求において、楽観的な見方が強まりつつある最新の兆候は、量子システムに固有の不安定性を克服する上で重要なマイルストーンを通過したというGoogleの主張に続くものだ。
この研究結果は、8月に初めて非公式に発表されて以来、量子コンピューティングの世界で注目を集めている。月曜日、彼らは査読誌『Nature』に掲載された。
Googleはまた、デモンストレーションを実施するために構築した、より強力な新しい量子チップの詳細を公開しており、これは実用的な有用性を達成するために既存の技術をスケールアップするのに役立つと述べた。
この分野の専門家は、グーグルの成果をもう一つの科学的マイルストーン、1942年に起きた初の人為的核連鎖反応と比較した。この画期的な進歩も理論的には長い間予測されていたが、実用的な実証を可能にするためには長年にわたる機器の着実な進歩が必要だった。 。
「これは理論的には90年代に提案されたものだ」とマサチューセッツ工科大学の物理学教授ウィリアム・オリバー氏はグーグルの量子実証について語った。 「私たちはこの結果を何年も待っていました。」
テキサス大学オースティン校のコンピューターサイエンス教授スコット・アーロンソン氏は、「工学が理論に追いつくまでに数十年かかることはよくありますが、それが今回私たちが目の当たりにしていることです」と述べた。
量子コンピューターのアイデアが最初に提案されて以来、最大の障壁の 1 つは、大規模なコンピューティング操作を処理できる十分に安定したシステムを構築することでした。
これらは、粒子が同時に複数の状態で存在する重ね合わせや、量子状態の粒子が相互作用する量子もつれなどの量子効果に依存しています。しかし、システムが構築される量子ビット (量子ビット) は、その量子状態をほんの一瞬しか保持しないため、保持している情報はすぐに失われます。
計算に関与する量子ビットが増え、実行される計算操作が増えるほど、エラーが複合して忍び込む「ノイズ」も大きくなります。科学者たちは、誤り訂正として知られる技術を使用してこれに対抗することを長年望んでいました。この技術には、同じ情報を複数の量子ビットにエンコードすることが含まれ、個々の量子ビットが「デコヒーレント」であっても、システム全体がコヒーレントな計算を実行するのに十分な情報が保持されます。 ”。
ただし、誤り訂正が機能するには、個々の量子ビットが「ノイズ」に劣化するのではなく、結合された出力を有用なものにするのに十分な高品質である必要があります。
Nature に掲載された論文の中で、Google の研究者らは、初めてこの重要な閾値を超えたと述べています。量子ビットの 3×3 グリッドから 5×5 および 7×7 に移行すると、各ステップでエラーの発生率が 2 分の 1 に減少したと研究者らは述べています。
Googleは昨年初め、効果的なエラー修正に向けた最初の暫定的な一歩を踏み出したと報告した。しかし、Googleの量子ハードウェア担当ディレクターのジュリアン・ケリー氏は、その最新の発見は、有用な計算を実行するために必要となる数千量子ビットまで技術をスケールアップすることで、システム固有の不安定性を克服できるという、より強力な証拠となると述べた。 。
次のステップは、相互接続された量子ビットのグループのエラー率をさらに低減し、これらの量子ビットの集合を複数リンクして有用なコンピューティング操作を実行できることを示すことだろうと、グーグルの量子部門責任者のハートムット・ネーベン氏は述べた。
エラー訂正の進歩は、ハードウェアの着実な改善によってもたらされました。特にGoogleは、量子ビットを自社施設で製造することに切り替えたことで、品質に大きな変化がもたらされたと述べた。同社によると、新しい量子ビットは量子状態を100マイクロ秒近く、つまり1万分の1秒維持できたという。これはごくわずかな時間だが、それでも以前のハードウェアの性能より5倍優れているという。
安定性の向上に加えて、新しい生産技術と大規模な製造を現場に導入することにより、コストの削減も期待できます。 Googleは20年末までにコンポーネントのコストを10分の1に削減することを目指しており、その時点で完全に機能する量子システムのコストは約10億ドルになるとNeven氏は述べた。
一部のライバルは、重要な設計上の考慮事項が依然として進捗に影響を与える可能性があり、途中で問題が発生する可能性があると述べた。
初の本格的なフォールトトレラント量子システムの構築をGoogleと競っているIBMは、Googleが誤り訂正を処理するために使用しているコードの種類の実用性に疑問を抱いている。表面コードとして知られるこれには、量子ビットの大きな 2 次元グリッド全体で情報を調整することが含まれます。
IBMの量子コンピューティング責任者であるジェイ・ガンベッタ氏は、この種のコードを使用するには、Googleが実用的な計算を実行するために数十億量子ビットを備えたシステムを構築する必要があると予測した。 IBMは、より少ない量子ビットで動作する、よりモジュール化された別のタイプのコードに切り替えた、と同氏は述べた。
ただし、設計上の決定が異なると、それぞれに独自の課題が生じます。IBM の技術には、平面グリッドではなく 3 次元パターンで量子ビットをレイアウトすることが含まれており、IBM が 2026 年までに生産したいとしている新しいタイプのコネクタが必要です。
GoogleのNeven氏は、同社が最新の研究で実証した技術は実用的な規模に達する可能性があることを示しており、本格的なシステムを製造するには約100万量子ビットが必要であると同社が信じていると述べた。
