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 米グーグルは今回の量子超越性の実証を「ライト兄弟による1903年の有人初飛行」になぞらえた。その背景には、同社の強烈な野望がある。飛行機の性能はライト兄弟が有人飛行に成功すると急激に向上し、有用性を世に知らしめた。それと同じことが量子コンピューターにも起こると同社は主張しているのだ。

 実際にグーグルは野心的なプランを2つ発表している。

 1つは10年以内での万能量子コンピューターの開発だ。グーグルはNatureに掲載した今回の論文で、量子コンピューターの計算能力は今後「Double-exponential rate(二重の指数関数的速度)」で向上するとの見方を示している。この成長速度に従うと、量子コンピューターの性能を決める量子ビットの数はSycamoreの54個から、10年以内に100万量子ビットにまで増えるのだという。

 グーグルの量子コンピューター開発の責任者とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の教授を兼任するジョン・マルティニス氏は記者会見で「現行の量子プロセッサーのアーキテクチャーのままでも100〜1000量子ビットまでスケールアップできる感触を得ている」と説明した。その上で「100万量子ビットを目指すには、量子ビットをつなぐワイヤリング(結線)の部分を抜本的に変える必要があるが、それを解決するアイデアも持っている」と強気な姿勢を見せた。

 グーグルは量子プロセッサーに超電導回路を採用する。超電導回路は絶対零度(セ氏マイナス273.15度)に限りなく近い「15ミリケルビン(mk)」という超低温で稼働させる必要がある。そのため、量子プロセッサーは液体ヘリウムで冷却した「希釈冷凍機」に格納して運用する。

 そして希釈冷凍機の外部から量子プロセッサーに対して4ギガ〜8ギガHzのパルスを送り込むことで、量子ビットの動作を制御したり、複数の量子ビットの状態に相関が生じる「量子もつれ」と呼ばれる現象を起こしたりしている。この部分の結線を工夫していく。

NISQの有用な使い道を探索

 グーグルは万能量子コンピューターを目指すと同時に、NISQの使い道を見つける取り組みも始める。現在世界中で、NISQと既存のコンピューター(量子コンピューターに対して古典コンピューターと呼ばれる)とを組み合わせることで、古典コンピューターだけでは解けない実用的な問題を解く「量子古典ハイブリッドアルゴリズム」の開発が進んでいる。グーグルは2020年にも量子コンピューターのクラウドサービスを開始し、世界中の研究者に同社の量子コンピューターを使ってもらうことで、量子古典ハイブリッドアルゴリズムが実際に成果を上げられるか実証しようと考えている。

 量子古典ハイブリッドアルゴリズムが成果を上げられそうな分野として、グーグルは「量子化学シミュレーション」「量子機械学習」「組み合わせ最適化」などを挙げている。

NISQの活用が模索されている分野
NISQの活用が模索されている分野
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 その中でも特に期待しているのが量子化学シミュレーションだ。量子コンピューターを使って様々な化学反応を分子レベルでシミュレーションすることで、化合物の劣化を防いだり、より効率的に生成したりする方法を見つけ出すことを目指す。

 分子の内部の物理現象は量子力学に支配されており、古典コンピューターでシミュレーションするのには非常に時間がかかる。それに対してNISQを使うと、分子内部の状態を比較的高速にシミュレーションできる可能性があるという。