科学者たちは、コンピューターではないが、それでもコンピューターを圧倒できる2次元の「量子ウォーク」を構築した

量子ウォークとは何かご存知ですか？中国の研究者グループがそれを実証し、量子コンピューティングの発展における大きな成果として注目されているからです。

「量子ウォーク」は汎用量子コンピュータを実現するものではない。科学者たちは中国の国営通信社である新華社に対し、量子シミュレーターを実現することで「実用的な問題を誤り訂正なしで直接解くことができ、近い将来には古典コンピュータの計算能力を上回る可能性がある」と語った。

まずは研究者が披露したものから始めましょう。これは Science Advances で公開されており、arXiv で印刷前の状態で見ることができます。

中国の実験は、「二次元連続時間量子ウォーク」を実証した。光子は導波路アレイ内の経路を辿る。これらのアレイは、49×49のノードを持つ二次元格子として構築された。

「古典的なランダムウォーク」とは、ある人が街の中心から出発し、各交差点でランダムな判断を下す様子を想像してみてください。この場合、歩行者の位置は、すべての可能な位置における確率分布によって記述されます（石段の摩耗が、足が着地する場所の確率分布であるのと似ています）。

量子の世界では、重ね合わせ（量子の性質の一つで、波形が崩れるまで複数の状態が同時に重ね合わさって存在できる）が加わります。言い換えれば、歩行者は測定されるまであらゆる位置に重ね合わされている可能性があるということです。

いくつかの問題においては、汎用量子コンピュータと比較すると、これは量子計算を実現するための近道と言えるでしょう。「アナログ量子シミュレータ」は、様々な量子状態を素早く想定することができ、測定という行為によって答えが明らかになります。

しかし、研究者らは、これまでの量子ウォークの実証のほとんどは1次元であり、これは状態が生成可能であることを示すには有用だが、シミュレーション問題には役立たないと述べている。例えば、論文では「空間探索アルゴリズムにおいて、量子ウォークが従来のものよりも優れた性能を発揮するのは、次元が1より大きい場合のみである」と述べられている。

論文によれば、そのためには二次元的な歩行が必要であり、研究者たちはそれを達成したと述べている。

彼らは、49 x 49 アレイの規模により、少なくとも量子ウォークがシミュレートできるクラスの問題、例えば「グラフェン、光合成、ニューラルネットワークシステムのシミュレーション」におけるランダムに成長するネットワークの挙動予測などにおいて、従来のシミュレータに比べて測定可能な速度向上が実現できると主張している。®