量子時代へようこそ
2012 年の記事で、理論物理学者のジョン プレスキルは次の質問をしました。 XNUMX 年後、私たちは答えを見つけました。それは非常に困難です。
最近、このテーマに関する研究論文がごく短期間、偶然にもオンラインに掲載されました。 高水準の科学雑誌である "Nature" は、論文の掲載に同意していましたが、仮掲載の時点ではまだ機密扱いでした。
この論文は、Google が Preskill が「量子超越性」と呼んだものを達成したことを明らかにしました。 量子コンピューターを使用して、インターネットの巨人の研究者は、現在世界で最も強力な IBM スーパーコンピューターである Summit で 10.000 年分の処理を必要とする計算を XNUMX 分で実行しました。
量子超越性の決定的な表現。 この機密文書は、テクノロジーの歴史におけるマイルストーンを真に表しているというコンセンサスがあります。
これは、量子コンピューターがシリコンのコンピューターを凌駕するようになった「前」と、これが実際に起こった「後」の XNUMX つの時代の間の分岐点になる可能性があります。 これまで、第 XNUMX 時代について多くのことが語られてきました。 今、それは到着しました
かなりの飛躍
Google の実験は、「サーキット サンプリング」を実行することにありました。 このテストでは、ランダムな入力から開始して、マシンによって実行される処理が特定のモデルに適応できるかどうかを検証します。
このかなり奇妙なタスクは、量子コンピューターの仕様に適合するように選択されただけでなく、従来のコンピューターで同じ処理を比較するためにも選択されました。
量子コンピューターは、時間の経過とともに、実用的に重要で、一般の人々の生活にとってより正常な問題を処理できるようになると広く信じられているにもかかわらず、実際にはほとんど関係のない実験です。
これらは、新薬や材料の設計、または機械学習に関連している可能性があります。 さらに、今日、世界の秘密を保護している暗号化コードが時代遅れになる可能性があります。
ビットからキュービットへ
量子コンピューターには XNUMX つの概念があります。 XNUMXつは「量子重ね合わせ」、つまりシュレディンガーの有名な死んだ猫と生きている猫の背後にあるアイデアです。 XNUMX つまたは XNUMX の XNUMX つの状態しか持てない従来のビットとは異なり、キュービットは両方の組み合わせにすることができます。
たとえば、Google のマシンには 53 キュービットがあり、それらの間で XNUMX 万近くの重なり合う状態を表すことができます。
XNUMXつ目は「もつれ」です。 時間と空間を超えて量子粒子を結合します。 標準的なコンピューターでは、各ビットは次の状態に厳密に関連しています。
量子コンピューティングのキュービットは高度に絡み合っています。 オーバーラップおよびエンタングルされたキュービットに対する数学的操作は、単一の計算プロセスですべてのキュービットに対して多かれ少なかれ同時に作用できます。
量子コンピューターのしくみ
量子計算は、量子ビットに XNUMX つずつ近づくことから始まります。 できるだけ単純化するために、キュービットを XNUMX または XNUMX にしてから、隣のキュービットと交差させると言えます。 それが完了すると、彼は量子物理学のルールを、時間の経過とともに進化する量子ビットの状態と結合に作用させます。
最後に (ただし、計算が台無しになるため、前ではありません)、キュービットが同時に調べられ、答えが求められます。
主な仕事は、何十億もの不正解の中から正しい答えを見つけることです。 ここで、直感に反する XNUMX つ目のアイデアが登場します。
古典物理学では、確率は正の数で表す必要があります。 降水確率が30%だとしましょう。 量子力学は、「振幅」と呼ばれる関連する概念を使用します。 これらはネガティブにもポジティブにもなり得ます。
間違った答えを表す振幅を互いに打ち消し合い、正しい答えを表す振幅を出現させる必要があります。 このようにして、開発者は適切なソリューションに近づくことができます。
実験室では、より複雑です
これは教科書に載っている説明です。 実験室では、事態はさらに複雑になります。 量子重ね合わせと量子相関は非常にデリケートな現象です。
たとえば、隣接する分子の波動がそれらを妨害し、計算を困難にする可能性があります。
量子コンピューターで開発されたプロジェクトのほとんどは、マシンを宇宙空間よりも低い温度に保ち、特別な部屋に収容する必要があります。
また、処理プロセスを追跡するには、多くの専門担当者が必要です。
エラー検出の問題
しかし、科学者の高度な技術も、理想的な実験室条件も、エラーの発生を防ぐことはできません。
量子科学者が直面する最大の問題は、コンピューティングのエラーを見つけて修正することです。 前述したように、量子コンピューティングを使用して実用的なアプリケーションを開発するには、従来のデバイスよりもはるかに多くの処理が必要です。 この規模では、エラーのリスクが大幅に増加します。
このような状況により、IBM、Intel、Microsoft などのコンピューター業界の大企業や、Chad Rigetti などの最も頭脳明晰な人々は、これまで以上に優れた欠陥の少ない開発キットを構築するようになりました。
効率的なアルゴリズム
より優れたマシンを構築するためのこの競争と並行して、効率的な量子アルゴリズムを開発するための競争が行われます。 これまでで最もよく知られているケースは、1994 年にベル研究所で Peter Shor によって考案されたファクタリング アルゴリズムでしょう。
Shor は、整数を素数に素因数分解する量子ターボチャージャーを使用した数学的アルゴリズムを開発しました。
ショアのアルゴリズムを実行することの難しさに関連してその価値が高く評価されている科学者のグループである暗号学者を怖がらせるもの.
しかし、量子コンピューターが本当に実現するのであれば、新しいアルゴリズムが必要です。 このようなアルゴリズムの開発は、実際のアプリケーション (薬物、材料の設計など) 自体の多くが量子プロセスに依存しているという事実によって促進されます。
実はこれが、今までそのようなアプリケーションの開発が難しかった理由でもあります。
デバイスが少ない？
量子コンピューティングの有望性にもかかわらず、この分野の多くの研究者は「量子超越性」という言葉に不快感を覚えます。 量子超越性の出現は転換点を暗示しているため、私は不快です。転換点を超えると、何十年にもわたる応用コンピューティングが奇妙で驚くべきものの名の下に屋根裏部屋に送られます。
また、Google 文書が「前」と「後」を決定しているにもかかわらず、効率的な量子デバイスを構築して実用的なアプリケーションを実現することは、簡単な道のりではありません。
ほとんどの人は、量子コンピューティングが古典コンピューティングに取って代わると予測するのはギャンブルだと考えています。 非常に低温での量子コンピューターの動作に関連する実用的な側面は、その一例です。
政府、大企業、裕福な大学は、間違いなく自分の車を所有するでしょう。 また、クラウドの量子バージョンに接続されたデバイスで時間を借りる人もいます。 いずれにせよ、量子コンピューターの総数は限られています。
そして、それは良いことです。 いずれにせよ、選民のためのものだった古典的なコンピューティングの始まりを振り返ってみると、この予測について懐疑的な見方があるかもしれません。 1943 年、当時 IBM のトップであったトーマス ワトソンは次のように述べています。 何らかの要因、おそらく XNUMX 億の要因の誤った予測。
26 年 2019 月 XNUMX 日のエコノミストより
