Googleの新しい量子コンピュータはコンピューティングの革命だが、役に立たない

5分です。これは、Google が発表した新しい量子チップ Willow が、従来のスーパーコンピュータを 10 セプティリオン年 (10^25) の間ビジー状態にし続ける計算を解くのにかかる時間で、これは推定される宇宙年齢よりも長い時間です。 。という分野では非常に重要な結果です 量子コンピューティング量子技術の一分野で、近年、多くの期待と高そうな予測が提供されてきましたが、実際的な結果はほとんどありませんでした。

「私が 2012 年に Google Quantum AI を設立したときのビジョンは、量子力学 (今日私たちが知っている限りでは自然の「オペレーティング システム」) を利用できる便利な大規模量子コンピューターを構築し、社会の利益のために科学を進歩させることでした。発見、有用なアプリケーションの開発、そして社会の最大の課題のいくつかへの取り組みです」と、Google Quantum AI ディレクターのハルトムット ネベン氏は次のように書いています。 プレゼンテーションのブログ投稿 新しいウィローチップの。 「Google Research 内で、私たちのチームは長期的なロードマップを策定しており、Willow は私たちを商用関連のアプリケーションに大きく前進させてくれます。」量子コンピューターの根本的な問題

Willow の利点は、量子計算単位である量子ビットの数が増加するにつれて、チップが論理エラーを削減できる方法にあります。これは技術的な詳細ではなく、基本的に重要なステップです。

値 1 と 0 のみを持つことができる従来のビットとは異なり、 量子ビット o 量子ビットは、特定の条件下で発生する量子重ね合わせと呼ばれる現象のおかげで、同時に複数の値を取ることができます。Google チップの場合、超伝導金属を絶対零度に近い温度まで冷却することによって行われます。この特性のおかげで、システムに量子ビットが追加されるたびに、システムに保存できる情報量が飛躍的に増加し、これを利用して、バイナリ コンピューターでは解決するのが難しい計算問題を大幅に高速化することができます。ただし、量子ビットの量 (Willow の場合は 105) は、より大きな効率や計算能力を示すものではありません。実際、量子システムの中心的な問題は、システムと周囲の環境との相互作用が容易であるため、重ね合わせ状態を安定に維持することが難しいことです。これらの相互作用によってシステムに導入される外乱が増幅され、ノイズやエラーが発生し、最終的には結果が使用できなくなる可能性があります。多くの量子テクノロジーでは、この特性を利用して周囲の環境を分析し、量子コンポーネントを特別なセンサーであるかのように利用できます。量子コンピューティングでは、量子ビットが可能な限り分離され、安定した状態を維持する必要があり、これが解決すべき主な問題です。

からのエラー 正しい
この分野では、量子コンピューターを有用にするためにエラーを訂正する「エラー訂正」の概念が非常に重要であるのはこのためです。この原理は 1995 年に Peter Shor によって導入され、それ以来、量子コンピューティングに関する研究の避けられない柱となっています。 Google はまさにこの点で、非常に重要なマイルストーンを突破したと主張しています。

「一般に、より多くの量子ビットが使用されるほど、より多くのエラーが発生し、システムは古典的になります」とNeven氏は発表の中で書いている。 「[Nei nostri risultati pubblicati su Nature abbiamo dimostrato che] Willow で使用する量子ビットが増えるほど、エラーが減り、システムの量子化が促進されます。私たちは、3×3 のエンコードされた量子ビットのグリッドから、5×5 のグリッド、7×7 のグリッドへと、ますます大規模な物理量子ビットの配列をテストしました。そのたびに、最新の量子誤り訂正技術を使用して、誤り率を半分に減らすことができました。 。言い換えれば、エラー率の指数関数的な減少を達成しました。」

量子ビットの数が増加するにつれてエラー数が減少することは、業界では「しきい値未満」として知られています。 Googleは、Natureに掲載された論文の中で、Willowベースのコンピュータは「サブスレッショルド」で動作可能な最初の量子システムであり、超伝導量子コンピュータにリアルタイム誤り訂正モードを統合した最初の量子システムであると主張している。 Google によると、これも重要な詳細事項です。修正がより速く効果的であればあるほど、完了前に計算プロセスが悪化するリスクが低くなるからです。

「これは、これまでで最も説得力のあるスケーラブルな論理量子ビットのプロトタイプであり、非常に大規模で有用な量子コンピューターを構築できることを示しています」と Neven 氏は Google の投稿で宣言しています。 「Willow は、従来のコンピュータでは再現できない、実用的で商業的に関連性のあるアルゴリズムの実行に近づけてくれます。」

多元宇宙におけるスーパーコンピューティング
Willow の量子パフォーマンスを測定するために、Google は、Google Quantum チームが独自に開発した「ランダム回路サンプリング」(RCS) と呼ばれる標準ベンチマークを使用しました。このプロセスは、テスト対象の量子コンピューターが、従来のスーパーコンピューターでは不可能な計算を実際に実行できることを実証するのに役立ちます。量子コンピュータの「並列」計算能力を最大限に活用するように設計されており、 それがなければ何もできない条件 問題のコンピュータが従来のシステムよりも優れていることを実証するためです。これは記事の冒頭で説明した計算です。従来のコンピューターでは 10^25 年かかっていたのに対し、Willow は 5 分未満で計算を実行しました。 「この驚異的な数字は、物理学の既知の時間を超え、宇宙の年齢をはるかに超えています」とGoogleは書いています。

Google の科学者たちのこの結果に対する熱意は、Nature の記事と Big G Web サイトに掲載された発表記事の両方で明らかです。しかし、これには公式文書には載っていない興味深いメモが含まれています。[Questo risultato] これは、私たちが多元宇宙に住んでいるという考えと一致し、量子計算が多くの並行宇宙で行われるという考えに信憑性を与えるものであり、デイヴィッド・ドイチュが最初に行った予測である。」大げさなアナウンス、メリットとリスク 先物最も日常的な実践における、多元宇宙に関する魅力的な理論の網目 モノバース 私たちが閉じ込められている場所では、RCS 計算は役に立ちません。それだけでなく、従来のコンピューターが同じ計算を解くのに必要な時間に関する記述には、そのベンチマークが従来のコンピューターのアルゴリズムではなく量子コンピューターによって実行されるように設計および最適化されているため、その計算時間が残ります。 。しかし明らかに、Google は専門家以外でも理解できる参考資料を必要としており、宇宙年齢との比較は確かにこの目的には有用ですが、業界の専門家にとっては眉をひそめる内容です。実際、Googleが量子チップで驚くべき成果を達成したと主張するのはこれが初めてではない。 2019年、Big Gは、Willowの前身であるSycamoreチップをベースにしたシステムで、「量子超越性」、つまり従来のコンピュータを超える量子超越性を達成したと主張した。この場合、その後の結果とGoogleの「主張」の分析により、その方法と同社の科学者らの主張の独立した再現可能性についての疑問が浮き彫りになり、発見の範囲が部分的に縮小された。それ以来、この分野で活動する多くの科学者が Big G の進歩に注目してきました。 一粒の塩でこれは、研究対象の技術開発に多大な関心を持つ大企業による、大々的に大げさな科学的発表のたびに起こるのが当然のことだ。しかし、Googleの発表は、最も懐疑的な人にとっても、依然として非常に重要である。エラーを指数関数的に減少させて量子システムの安定性を維持する能力が実証され、再現可能であれば、機能的で有用な量子コンピューターに向けた具体的な一歩となり、化学、医学の分野でこれまで想像できなかった進歩をもたらす可能性がある、そして人工知能。

しかし、十分に強力な量子コンピュータの能力が現在の暗号システム、特に今日のデジタル セキュリティの多くの基盤となっている素因数分解に基づく暗号システムを侵害する可能性については、リスクも少なくありません。このため、暗号コミュニティはすでに、将来の量子コンピューターからの攻撃にも耐えられるように設計された、新しい「量子安全」暗号化システムの開発を進めています。