Google の新しい Willow 量子コンピュータは本当にそれほど大きな問題なのでしょうか?

Google は新しい量子コンピューターを発表し、これらの珍しいマシンが世界最高の従来のスーパーコンピューターにも勝てるということを証明する競争で先頭に立ったと改めて主張しています。では、有用な量子コンピューターがついに登場したということでしょうか?

テクノロジー巨人の研究者たちは、量子超越性として知られるこの偉業を世界で初めて実証しました。 発表 しかし、それ以来、スーパーコンピューターが追いつき、Sycamore を置き去りにしました。現在、Google は Willow と呼ばれる新しい量子チップを製造しました。 ジュリアン・ケリー Google の Quantum AI は、同社史上最高であると述べています。

「これは Sycamore のすべての利点を備えていると考えることができますが、内部を見ると、ジオメトリが変更されました…プロセッサを再考しました」と彼は言います。

Sycamore の最新バージョンは 67 を誇りましたが、 情報を処理する量子ビット、つまり量子ビットの量子ビットが、Willow の 105 にアップグレードされました。理想的には、より大型の量子コンピューターはより強力であるはずですが、研究者らは、より大型のデバイス内の量子ビットはコヒーレントを維持するのに苦労し、量子性を失っていることを発見しました。これは競合他社にも見られています IBM そして カリフォルニアを拠点とする新興企業 Atom Computing、どちらも最近、1000 量子ビットを超える量子コンピューターをデビューさせました。

このため、量子ビットの品質がチームにとって大きな焦点となっており、Willow の量子ビットは複雑な量子状態を保存できるため、Sycamore の量子ビットよりも 5 倍以上長く情報を確実にエンコードできるとケリー氏は述べています。

Googleは量子コンピュータのパフォーマンスを評価するためにRCSと呼ばれる特定のベンチマークタスクを使用しており、ウィロー氏によると、これが優れていたという ハルトムット・ネヴェン、Google Quantum AIでも。このタスクには、チップ上で実行されるプログラムによって出力される数値サンプルの分布が可能な限りランダムであることを検証することが含まれます。数年間、Sycamore は世界最高のスーパーコンピューターよりも速くこれを実行できましたが、 2022年に、 その後 2024年にまた、従来のコンピューターによって新しい記録が樹立されました。

Googleは、Willowのタスクにはチップ上で5分かかったが、量子マシンと従来型マシンとの間のギャップが再び広がったと述べているが、同社は、先行技術では10セプティリオン年、つまり宇宙年齢の2乗よりもはるかに長い時間がかかると見積もっている。スーパーコンピューター。

この比較では、研究者らはフロンティア スーパーコンピューターのバージョンをモデル化しました (最近、 世界で2番目に強力なスーパーコンピュータに格下げされる）現在使用できる以上のメモリが搭載されており、これは Willow の計算能力を強調するだけだと Neven 氏は言います。 Sycamore の記録は破られましたが、従来のコンピューティング手法が限界に達しているため、Willow がチャンピオンの地位をより長く維持できると彼は確信しています。

まだ明らかになっていないのは、RCS ベンチマーク テストには実用的な用途がないことを考えると、Willow が実際に何か役に立つことができるかどうかということです。ケリー氏は、ベンチマークで成功することは量子コンピューターの有用性にとって「必要だが十分ではない」条件だが、RCS で優れた性能を発揮できないチップは将来実用化される可能性がないと述べている。

しかし、Google チームには Willow の明るい未来を信じるもう 1 つの理由があります。それは、Willow が自らの間違いを修正するのが非常に上手であるということです。量子コンピューターがエラーを起こす傾向は次のとおりです。 最大の問題の一つ 現在、他の種類のコンピュータよりも強力であるという約束を実現することができません。これを改善するために、Google のチームを含む研究者は、物理量子ビットをグループ化して、エラーに対する耐性がはるかに高い「論理量子ビット」を形成しています。

Willow を使用することで、チームは論理量子ビットが大きくなるにつれてエラーの防止が向上し、論理量子ビットを構成する物理量子ビットの約半分のエラーが発生することを示しました。さらに、論理量子ビットのサイズが約 2 倍になると、エラー率はさらに半分になりました。このようにして、Google の研究者たちは、量子ビットの数を増やし続けて、量子コンピューターをますます大型化して、これまでの傾向ではなかった計算の実行能力をどんどん向上させることができると信じる閾値に到達しました。

「私の意見では、これは特徴的な結果であり、実用的な量子コンピューターの実証にはまだ遠いですが、その目標に向けて重要かつ必要な一歩です。」 アンドリュー・クレランド シカゴ大学で。

マーティン・ワイス 英国グラスゴー大学の研究者らは、今回の研究は「フォールトトレラント」な量子コンピューター、つまりすべてのエラーを見つけて修正できる量子コンピューターの構築に向けた道筋を示していると述べている。課題はまだ残っているが、これらの進歩は、暗号化や機械学習だけでなく、創薬や材料設計などの量子化学における革新的な応用への道を開くと彼は言う。

の エラー修正に重点を置く 学術研究室や急成長する量子コンピューティング業界全体の取り組みにより、論理量子ビットの進歩が、今日の最高の量子コンピューターを比較する際の重要なポイントとなっています。 2023 年、ハーバード大学の研究者チームと新興企業 QuEra は、極低温のルビジウム原子から作られた量子ビットを使用して、 記録を樹立する これまでに作成された中で最も論理的な量子ビットの場合。 今年初めに、マイクロソフトとアトム コンピューティングの研究者は、量子もつれを通じて記録的な数の論理量子ビットをリンクしました。

Google のアプローチは異なります。単一の論理量子ビットの数を最大化するのではなく、単一の論理量子ビットをますます大きくし、より優れたものにすることに重点を置いているからです。 「チップをより小さな論理量子ビットに分割してアルゴリズムを実行することもできましたが、私たちはこのしきい値に到達することを本当に望んでいました。ここに科学と工学の根本的な課題がすべて存在します [of quantum computing] です」とケリーは言います。

しかし最終的には、Willow の影響を測る最大のテストは、他のすべての量子コンピュータも追求している目標、つまり有用ではあるが従来のコンピュータでは不可能なことを確実に計算するという目標を達成できるかどうかということになるだろう。 Neven 氏によると、Sycamore はすでに量子物理学などの科学的発見に使用されていましたが、チームは Willow を使ったより現実世界への応用に照準を合わせているとのことです。 「私たちは、古典的なコンピューターでは実行できなかった新しい計算とシミュレーションに向かって進んでいます。」