グーグルは最近、量子コンピューティング分野で大きなブレークスルーを達成したと発表し、世界中のテクノロジー業界から大きな注目を集めています。同社が新たに開発した量子AIチップは、従来のコンピューターで1024年かかる計算をわずか5分で解きました。この驚くべき速度の違いは、誰にとっても衝撃的です。

量子計算のボトルネックとブレークスルー

量子コンピューティングは最先端で魅力的な技術ですが、長年、不安定性の問題に直面してきました。微小粒子は日常の物体の法則に従わず、最先端のチップでもわずかなノイズで脆弱な状態が壊れてしまう可能性があります。研究者たちは数十年間、この不安定な特性を利用した計算を試みてきましたが、エラーの蓄積速度が速すぎて修正が困難という問題がありました。

量子エンタングルメント 量子力学 物理

画像注記：画像はAIによって生成され、画像ライセンスサービスプロバイダーMidjourneyから提供されています。

量子エラー訂正技術は、その解決策となる可能性がありますが、それ自体も複雑です。これは、複数の量子ビット（量子データの基本単位）間で情報を伝達する必要があり、理論的には簡単ですが、実際には複雑な課題となります。関与する量子ビットが多すぎると、エラー率を重要な閾値以下に維持することが困難になります。

最近まで、拡張用に特別に設計されたコードについて、エラー率を重要な点以下に下げることができることを証明した人はいませんでした。グーグルの新しい量子チップアーキテクチャは、この状況を変えました。

「ウィロー」チップの驚異的な性能

グーグル量子AIラボの創設者であり、量子科学者であるハートムート・ネベン（Hartmut Neven）は、「ウィロー」（Willow）チップの性能を「驚くべき」と表現しています。彼は、その高速計算結果は「量子計算が多くの並行宇宙で起こるという考え方を裏付けるものだ」と付け加えました。ネベンはまた、量子コンピューターの成功が量子力学の「多世界解釈」と多元宇宙の存在を支持する可能性があると主張したオックスフォード大学の物理学者、デイビッド・ドイッチ（David Deutsch）にも言及しました。

ドイッチは1970年代から量子コンピューティングの先駆者であり、彼の量子コンピューティング研究は、多元宇宙理論の検証を目的としていました。

並行宇宙の概念

並行宇宙、別名代替宇宙または多元宇宙とは、私たちの宇宙と並存する可能性のある他の現実のことです。私たちの宇宙は、広大な宇宙の泡の中の単なる一つの泡であり、それぞれの泡が異なる宇宙であり、独自の物理法則、歴史、さらには私たち自身の異なるバージョンを持っていると想像してみてください。

科学者たちは、無数の他の宇宙が存在し、それぞれの宇宙が独自の可能性の集合を持っていることを示唆する多元宇宙などの理論を通じて、この概念を探求しています。私たちはまだ並行宇宙の確実な証拠を見つけていませんが、この考えは、現実の本質と、私たちが現在見ているものや理解しているものの外にあるものについての興味深い議論を引き起こしています。

論争と称賛が共存

しかし、天体物理学者出身の作家イーサン・シーゲル（Ethan Siegel）は、グーグルの見解に同意していません。彼は、グーグルが「無関係な概念を混同しており、ネベンもそれを知っているはずだ」と非難しています。

シーゲルは、ネベンが量子力学が起こる数学的空間と、並行宇宙や多元宇宙の概念を混同していると説明しています。シーゲルによると、たとえ量子コンピューターが成功しても、並行宇宙の存在を証明することはできないとのことです。

意見の相違があるにもかかわらず、シーゲルは「ウィロー」チップでのグーグルの成果を称賛し、「量子コンピューティング分野における真に優れた進歩」と呼んでいます。彼は、このブレークスルーは、新薬の発見、電気自動車のためのより良いバッテリーの設計、核融合や新エネルギーの推進など、地球上のいくつかの重大な問題の解決に役立つ可能性があると述べています。

ネベンも同様の楽観的な見解を示し、「これらの将来のゲームチェンジャーとなるアプリケーションの多くは、従来のコンピューターでは実現不可能です。それらは量子コンピューティングによって解き放たれるのを待っています」と述べています。

「ウィロー」チップの技術的ブレークスルー

「ウィロー」チップは、グーグル量子AIチームが設計した最新の超伝導プロセッサーです。エラー制御が困難な古いデバイスとは異なり、「ウィロー」は性能を新たな領域へと押し上げ、量子エラー訂正を真に実現するための技術をサポートしています。

このシステムは、「サーフェスコード」と呼ばれる特定の方法の条件を満たしています。以前の試みは、より多くの量子ビットを追加する際に障害に遭遇しましたが、「ウィロー」はこの障害を克服しました。

コード距離と量子エラー訂正

量子エラー訂正の枠組みでは、「コード距離」と呼ばれるものがよく言及されます。簡単に言うと、これは量子データブロックを保護するために使用される量子ビットの数です。特定の条件を満たす場合、より大きな距離（たとえば、コード距離が3から5、さらに7に増加するなど）は、全体的な故障確率を低下させるはずです。

新しいデバイスでは、距離が1レベル増加するごとに、論理エラー率は半分になります。この改善は、長年、量子コンピューティング研究者の主要な目標でした。

発表された調査結果によると、グーグル量子AIラボの創設者であり、量子科学者であるハートムート・ネベンは、「ウィローは5分間で標準的なベンチマーク計算を完了しましたが、今日の最速のスーパーコンピューターの1つでも1024年かかるでしょう」と述べています。

持続的な性能とリアルタイムエラー訂正

わずか数サイクルのテストを実行しても、システムの安定性の全体像が明らかになるわけではありません。グーグルの新しい量子チップは、性能を100万サイクルにまで高めることでこの問題を克服しました。このデバイスは、他のシステムを圧倒してしまうような時間スケールで、閾値以下の性能を維持します。リアルタイムのデコードの精度をこれほど長い時間維持することは容易ではありません。

「ウィロー」の背後にあるチームは、修正を即座に適用できるように操作を計画しました。この方法により、チップが軌道から外れることはありません。

グーグルのCEO、サンダー・ピチャイ（Sundar Pichai）は、「私たちは『ウィロー』が、実用的な量子コンピューターを構築するという旅の重要な一歩であると考えています」と述べています。

従来のボトルネックを超えて

従来のスーパーコンピューターは、数十億もの小さなスイッチを、よく理解された方法で動作させて複雑なタスクを処理します。これに対し、量子コンピューターは、古典的な近道に還元できない現象を利用します。これまで、問題は常に、微妙な量子状態を、意味のある計算を完了するのに十分な寿命を維持する方法でした。

「ウィロー」によって、チームは量子ビットがエラーが制御不能にならないような方法で連携できることを示しました。このデモンストレーションは、量子チップが、従来のシステムでは処理できない計算に向けた発展を示しています。

量子コンピューティングの未来

グーグルの目標は、これらの厳格な信頼性テストをパスできるハードウェアを使用して、量子コンピューティングが永遠に玩具の問題の段階にとどまるわけではないことを証明することです。

エラー訂正能力を損なうことなくコード距離を増やすことは、大量の量子ビットが、複雑なシミュレーションの高速化、医薬品発見プロセスの改善、エネルギー貯蔵のための新素材の探求など、現実のタスクに関連するアルゴリズムを将来駆動する可能性を示唆しています。

「ウィロー」が長時間、閾値以下のエラー率を達成した成功は、量子ハードウェアが信頼できるツールに発展することを待ち望んでいた業界の努力を励ます可能性があります。

エラー訂正の目的は、エラーを完全に排除することではなく、エラーを非常にまれにすることで、マシンが計算を最後まで実行できるようにすることです。

将来の設計が「ウィロー」の安定性と拡張性の特性を基盤に構築されるならば、いつかこのエラー訂正はバックグラウンドで起こり、ユーザーは気づかないかもしれません。この耐障害性レベルに達することで、量子コンピューターは、従来のハードウェアの範囲をはるかに超えるワークロードを処理できるようになります。これは、これらの信じられないほどのマシンの実用的な拡張経路を示しています。

グローバルな協力による量子エラー訂正の推進

グーグル量子AIや他のグローバルチームの取り組みは、孤立したものではありません。量子エラー訂正分野は、実用的なデバイスへの道を探求することに取り組む多くの研究者の関心を集めています。

過去10年間の研究は、特定の格子設計と注意深く配置された論理量子ビットの重要性を示してきました。「ウィロー」は現在、適切なチップアーキテクチャとエラー訂正スキームによって、閾値を超えることができることを示しています。

これにより、有用な問題を解決できるマシンを構築することに、全体として近づいています。旅はまだ終わっていませんが、重要なパズルが一つはまりました。