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量子コンピューター

グーグル「シカモア」、中国「九章」 量子コンピューターの最前線を追う

A QUANTUM LEAP

2021年2月13日(土)17時35分
フレッド・グタール(本誌サイエンス担当)

グーグルの量子コンピューター「シカモア」(カリフォルニア州サンタバーバラ) HANNAH BENET/GOOGLE

<量子ビットを制する者が、未来の情報社会の覇者になる。グーグル、IBM、ベンチャー企業、中国政府......。究極の計算機「量子コンピューター」の勝者は誰になるか。いつ実用化され、世界の何を、どう変えるのか>

(本誌「いま知っておきたい 量子コンピューター」特集より)

数学者のピーター・ショアが量子コンピューターで走らせるアルゴリズムを開発したのは1994年のこと。当時そんなマシンは黒板に書かれた数式上にしか存在していなかった。

ショアが書いたのは素因数分解のアルゴリズムだ。素因数分解はインターネットのセキュリティーのアキレス腱のようなもの。ネット上を飛び交う情報は全て、素数の掛け算による暗号化で保護されている。

桁数の多い数値の素因数分解を実行できるコンピューターがあれば、他人の個人情報を簡単に盗み取れるのだ。
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もちろんショアはそんなコンピューターを発明したわけではない。いつか開発される仮説上のコンピューター用にアルゴリズムを書いただけだ。

量子コンピューターは量子力学が明らかにした原子や原子より小さい粒子の奇妙な性質を利用して、複雑な計算を瞬時にやってのけるマシンだ。従来型のコンピューター(古典コンピューター)では何万年もかかる計算、いや、それどころか宇宙の寿命より長い時間がかかるような演算処理をあっという間に実行する。

ショアが目指したのは、量子コンピューターの演算能力を理論的に探ることだった。

「問題は量子力学をコンピューターに応用することで、演算能力が上がるかどうかだ」と、彼は1994年の論文に書いている。「まだ満足のゆく答えは出ていない」

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量子コンピューターのアルゴリズムを開発したショア ROSALEE ZAMMUTO

ショアの問いに「上がる!」と答えたのがグーグルの研究チームだ。2019年、独自開発した量子プロセッサー「シカモア」で実証実験を行い、「量子超越性」、言い換えれば量子コンピューターの威力を確認できたと発表した。

世界最速のスーパーコンピューターでも1万年かかる演算処理を「われわれのマシンは200秒で実行した」と、チームのジョン・マーティニスとセルジオ・ボイクソは公式ブログで誇らしげに報告している。

さらに昨年には中国科学技術大学(USTC)の潘建偉(パン・チエンウエイ)教授率いるチームが科学誌サイエンスに掲載された論文で、自分たちが開発した量子コンピューターは古典コンピューターよりも100兆倍速く演算を実行したと発表した。

これはグーグルのマシンの100億倍の演算能力に相当すると、中国国営の新華社通信は報じた。

この2つの発表はプロトタイプのマシンに演算を実行させた実証実験の報告にすぎず、実用段階には程遠い。

だが本格的な実用化に向けて既に巨額の資金が投じられ、グーグル、IBM、アマゾンなどの大企業をはじめ大学やベンチャー企業などのチームが続々と参戦、開発競争がヒートアップしている。

報道によれば、中国政府は100億ドルの予算をかけ、量子コンピューターと人工知能(AI)に特化した国立量子情報科学研究所を建設しているという。

アメリカでは連邦政府の量子コンピューター関連予算は10億ドルだが、それに加えて軍と企業が多額の投資を行っている。例えばグーグルとIBMはそれぞれ1億ドル以上を既に投入したとみられている。

量子コンピューターはただ高速の演算処理が可能なだけではない。古典コンピューターとは根底的に演算アプローチが異なるため、技術分野だけでなく社会全体を大きく変容させる可能性がある。

例えば量子コンピューターとAIを組み合わせれば、どんなことが可能になるか想像もつかない。中国がこの2つの技術を専門とする研究所を設立するのもただの偶然ではない。

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