理論上、量子コンピュータは古典コンピュータに比べて多くの問題をより高速に解くことができるはずです。しかし、その構成要素は非常に繊細であるため、既存の量子コンピュータは未だに初歩的でエラーが発生しやすく、学術界や産業界の研究者は、その収益性の高い用途をまだ実証できていません。商用化を目指して、企業は段階的に複雑な量子デバイスを開発してきました。本日、カナダに拠点を置くD-Wave社は、この量子コンピュータの最新モデルとなる第5世代量子コンピュータ「Advantage」を発表しました。このコンピュータはクラウド経由で顧客に提供されます。
D-Waveは、フォルクスワーゲン、医薬品設計会社Menten AI、カナダの食料品チェーンSave-On-Foodsといった企業を含むユーザーからの推奨に基づいて、今回のアップグレードをカスタマイズしました。「何が効果的で何が効果的でないかについて、約10年にわたってユーザーと顧客からフィードバックを得てきました」と、D-Waveの量子製品担当副社長で物理学者のマーク・ジョンソン氏は述べています。
これらのパートナーシップを通じて、D-Waveは自社のデバイスが企業にどのようなメリットをもたらすかを模索しています。既存の他の量子コンピュータと同様に、D-Waveデバイスは特定の種類の問題しか解くことができません。D-Waveのマシンは、最適化問題を迅速に解くように特別に設計されています。例えば、フォルクスワーゲンは、D-Waveの量子デバイスが自動車の塗装における色切り替えの無駄を最小限に抑えるのに役立つことを発見したとジョンソン氏は述べています。
https://[削除されたリンク]/why-did-nasa-lockheed-martin-and-others-spend-million-1826241515
D-Wave社の新型デバイスは、チップ上にニオブ製の微小回路5,000個を搭載し、絶対零度近くまで極低温に冷却されている。各回路が量子ビットを構成し、従来のビットと同様に、2方向のいずれかを向いて1または0の値を表す磁場を生成する。しかし、この磁場は量子力学的に振る舞うため、量子ビットは1と0の重ね合わせた値を表すことができる。D-Wave社のコンピュータは、アルゴリズムに従って量子ビットの磁場を操作し、計算を行う。Advantageは、2017年に発売されたD-Wave社の旧モデル2000Qよりも3,000個多い量子ビットを搭載している。デバイスに搭載される量子ビットの数が多いほど、表現できる変数の数が増え、より複雑な問題に対応できるとジョンソン氏は述べた。顧客は、D-Wave社のクラウドサービスLeapを通じてリモートでログオンし、コンピュータにアクセスできる。
各量子ビットは15個の他の量子ビットに接続されており、これは以前のD-Waveデバイスの6個から増加しています。量子ビットの接続性が向上することで、コンピューターはより巧妙に問題を解き、エラーの可能性を低減できると、過去にD-Waveマシンを使用した経験を持つダラム大学の量子コンピューティング研究者、ニコラス・チャンセラー氏は述べています。「この接続性の向上は非常に重要なステップだと思います」とチャンセラー氏は述べています。
量子コンピュータの中でも、D-Waveの量子アニーラーと呼ばれるデバイスは、独特な方法で計算を行う。GoogleやIBMなど、多くの企業はゲート型量子コンピュータと呼ばれるものを採用している。ゲート型量子コンピュータは、従来のコンピュータプログラムのコード行のように、各量子ビットを段階的に能動的に変化させることでアルゴリズムを実行する。一方、アニーラーは、量子ビットを人工的な環境に配置し、温度を下げ、回路に受動的に値を変化させることでアルゴリズムを実行する。「違いは、プロトコルを個別のステップに分割するか、デバイス全体で同時に何かを実行するかです」とチャンセラー氏は述べた。
2種類のコンピューターを対決させたい誘惑に駆られる一方で、その性能を比較するのは容易ではありません。例えば、異なるデバイス間で量子ビット数を比較することさえも、単純化しすぎて誤解を招きやすいものです。5,000量子ビットというD-Waveの優位性は、GoogleやIBMといった主力製品が100量子ビット未満であるデバイスを凌駕しているように見えます。しかし、両コンピューターの動作は大きく異なるため、まるでリンゴとオレンジを比較するようなものです。「量子ビットの数が多いことが全てではありません」と、グラナダ大学の量子コンピューティング研究者、フアニ・ベルメホ＝ベガ氏は述べています。「量子ビットの制御も重要です。」
ベルメホ＝ベガ氏によると、D-Wave社内の専門家でさえ、D-Waveの量子ビットがどのように答えを導き出すのかという科学的メカニズムを完全には理解していないという。他の量子力学的現象と比較すると、D-Waveの量子ビットは比較的高温で機能するため、研究は困難だ。「彼らの装置を理解するのは難しい」と彼女は述べた。
その結果、量子アニーラーが、専門家が「量子優位性」と呼ぶ、理論的に量子コンピューターに予測される指数関数的な高速化を本当に提供できるかどうかは不明です。
「まだ未解決の問題です」と、MITの量子コンピューティング研究者ウィリアム・オリバー氏は述べた。しかし、量子優位性がないからといって商業的価値がないわけではないとオリバー氏は指摘する。「量子アニーラが単なる古典的コンピュータの一つだとしても、もしかしたら古典的コンピュータの方が優れているのかもしれません」とオリバー氏は述べた。D-Wave社も、近い将来における実用価値の実現を目指し、量子アニーラと古典的コンピュータを組み合わせたハイブリッドアルゴリズムを開発している。
D-Waveのハードウェアエンジニアリングは、ゲート型量子コンピューティングハードウェアの改良につながる可能性があるとオリバー氏は述べた。数千もの極低温冷却コンポーネントの制御技術の進歩は、他の研究者がゲート型超伝導量子ビットを大規模システムにスケールアップするのに役立つ可能性がある。
ジョンソン氏によると、D-Waveは量子優位性を優先しているわけではない。むしろ、彼らは「顧客優位性」と呼ぶものに焦点を当てていると彼は述べた。「現在行われているものと比べて、より容易に、より迅速に、より安価に、あるいはそれらの組み合わせで、より優れたソリューションを人々に提供できるだろうか？」とジョンソン氏は語った。
ジョンソン氏によると、D-Waveの長期目標は、業界の他企業と同様に、多種多様な問題を解決できる汎用量子コンピュータの開発だという。しかし、この目標達成には10年以上かかる可能性が高い。夢のマシン実現に向けた長い道のりの中で、D-Waveは量子コンピュータのニッチな用途を模索している。
