量子コンピュータはより有用になり始めている

今週、IBM の研究者らは、100 量子ビット以上の量子コンピューターを使用して従来のスーパーコンピューターに対抗する方法を示した研究結果をNature誌に発表しました。研究者らは、物理学をシミュレートするタスクでこの 2 つを競わせました。

「量子コンピューティングの究極の目標の1つは、従来のコンピューターでは効率的にシミュレートできなかった材料のコンポーネントをシミュレートすることです」とIBMはプレスリリースで述べています。「これらをモデル化できることは、より効率的な肥料の設計、より優れたバッテリーの製造、新しい医薬品の開発などの課題に取り組むための重要なステップです。」

情報をゼロ、1、または同時に両方で表すことができる量子コンピューターは、最適化、未分類のデータベースの検索、自然のシミュレーションなどの特定の問題を解決する上で、従来のコンピューターよりも効果的であると推測されてきました。しかし、実用的な量子コンピューターを作るのは困難でした。その理由の1つは、量子ビット（従来のコンピューターのビット、1と0の量子版）の繊細な性質です。これらの量子ビットは、ノイズや周囲からの妨害に非常に敏感で、計算にエラーを引き起こす可能性があります。量子プロセッサーが大きくなるにつれて、これらの小さな違反が積み重なる可能性があります。

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エラーを回避する方法の 1 つは、フォールト トレラントな量子コンピュータを構築することです。もう 1 つの方法は、エラーを軽減、修正、またはキャンセルすることで、何らかの方法でエラーに対処することです。

今週公表された実験では、IBM の研究者らが 127 キュービットの Eagle 量子プロセッサを使用して、物質のスピン ダイナミクスをモデル化し、磁場に対する反応などの特性を予測しました。このシミュレーションでは、シミュレーションされた特定の原子が相互に相関する、大きなエンタングルメント状態を生成することができました。ゼロ ノイズ外挿と呼ばれる手法を使用することで、チームはノイズを分離し、真の答えを解明することができました。量子コンピューターから得られる答えが信頼できるものであることを確認するために、カリフォルニア大学バークレー校の別の科学者チームが、一連の従来のコンピューターで同じシミュレーションを実行したところ、両者は一致しました。

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しかし、この種の問題に関しては、特にモデルが複雑になると、従来のコンピューターには上限があります。IBM の量子プロセッサーは、同じタスクで従来のコンピューターを確実に上回る量子超越性にはまだ程遠いですが、ノイズがあっても有用な答えを提供できることを証明したことは、注目すべき成果です。

「量子コンピューターが、主要な古典的アプローチを超えて自然界の物理システムを正確にモデル化したのは、これが初めてです」と、IBMリサーチのシニアバイスプレジデント兼ディレクターのダリオ・ギル氏はプレスリリースで述べた。「私たちにとって、このマイルストーンは、今日の量子コンピューターが、古典的システムでは非常に困難で、おそらく不可能な問題をモデル化するために使用できる有能な科学的ツールであることを証明する重要な一歩であり、量子コンピューティングの有用性の新たな時代に入ったことを示しています。」