マイクロソフトは「100万量子ビット」まで拡張可能な新しい量子チップを披露した。これまでのところ：8

マイクロソフトは、新しい材料で作られた量子コンピューティング チップを開発したと発表しました。このチップにより、数十年ではなく数年以内に、実用的なアプリケーションに使用できる量子コンピューターの開発が可能になると期待されています。

1月にNVIDIAのCEO、ジェンスン・フアン氏が量子コンピューティングの実用化にはあと20年かかると示唆したことで株価が急落した量子コンピューティング企業は、少なくともマイクロソフトの予測を歓迎すべきだろう。残りの人々は健全な懐疑心を持ち続けるべきだ。

レドモンドの研究者らは水曜日、トポロジカル・コア・アーキテクチャに基づく量子コンピューティング・チップであるマジョラナ1を発表した。このチップは、最終的には単一のプロセッサで数百万の量子ビット（キュービット）をサポートできる規模に拡張できるとされている。

1と0の2つの状態しか取り得ないデジタルビットとは異なり、量子ビットは0、1、あるいは0と1の量子重ね合わせの状態を取り得、測定されるまでは潜在的に無限の状態集合を表します。理論的には、量子誤り訂正の必要性といった既存の障壁を克服できれば、量子コンピューティングは古典コンピュータでは不可能な計算を可能にする可能性があります。

このエラー訂正には、チェック対象となる論理量子ビット（プログラミングに使用される高レベルの抽象化）の数よりも何倍も多くの物理量子ビット（ハードウェアに結び付けられた 2 状態量子システム）が必要になります。

商業的に実用的な量子コンピュータには、数百万個の物理量子ビットが必要になると予想されています。しかし、まだそこまでには至っていません。昨年12月に発表されたGoogleのWillowチップは、105個の物理量子ビットを誇ります。異なる技術を採用したデバイス間で量子ビット数を直接比較することはできませんが（2022年に発表されたIBMのOspreyは433量子ビットのプロセッサを搭載していました）、それでも数百万個には桁違いに届きません。

しかし、マイクロソフトは数年以内にそれが実現可能だと主張している。

「量子空間で何をするにしても、100万量子ビットへの道筋が必要です」と、マイクロソフトのテクニカルフェローであるチェタン・ナヤック氏は声明で述べた。「そうでなければ、私たちのモチベーションとなっている真に重要な問題を解決できる規模に到達する前に、壁にぶつかってしまうでしょう。私たちは実際に、100万量子ビットへの道筋を見出しました。」

マイクロソフトによると、現在、画期的なチップには8個のトポロジカル量子ビットが搭載されているという。しかし、どうやら数百万個にまで拡張できる余地があるようだ。

• オックスフォード大学の研究者らが分散ゲートテレポーテーションで量子コンピューティングに初めて成功
• Google幹部、企業向け量子アプリの登場が近いと予測
• ロスアラモス研究所が次世代チップ技術を研究
• 量子コンピュータ？慰めはない：NVIDIA CEO、「20年先」の予測で量子コンピュータ株を下落

マイクロソフトは長年にわたりこの道を歩み、量子ロードマップも策定してきました。2017年には、Windowsの巨人である同社はIgniteカンファレンスでトポロジカル量子ビットについて講演しました。

Majorana 1 チップは、Microsoft がトポロジカル コアと呼ぶものに依存しています。つまり、トポロジカル超伝導体、またはトポコンダクターと呼ばれる素材で構築されており、固体、液体、気体のいずれでもないトポロジカル状態という新しい物質状態を生み出します。

マイクロソフトのテクニカルフェロー、クリスタ・スヴォレ氏は、100年前、数学者エットーレ・マヨラナがこの新しい物質の位相的状態を予言し、それ以来、研究者たちはマヨラナ粒子、別名マヨラナフェルミオンを探し求めてきたと説明する。そして今、IT界の巨人は、それを発見し、利用できるようになったと発表した。

「昨年、初めて観測することができました」とスヴォレ氏は述べた。「そして今年は、それを制御し、そのユニークな特性を利用して、超伝導体としても機能する新しいタイプの半導体であるトポコンダクターを構築できるようになりました。」

このチップはシリコンの代わりに、赤外線の検出に使用され、極低温下で超伝導状態を示すインジウムヒ素で作られています。詳細は科学誌Natureに掲載された論文をご覧ください。また、Arxivで公開されている、トポロジカル量子コンピューティングについて詳しく説明した論文もあります。

マイクロソフトは、Majorana 1チップにより、トポロジカル量子ビットで動作する量子コンピュータを開発できると述べています。この量子ビットはエラー訂正の必要性が少なく、他のアプローチよりも物理的にスケーラブルです。数百万個の量子ビットを収容するためにフットボール場ほどの大きさのマシンを開発する必要がなく、マイクロソフトのMajorana 1チップはAzureデータセンターに収まるように設計されています。

マイクロソフトは、米国防高等研究計画局（DARPA）から産業用途に実際に役立つ量子コンピュータの設計を依頼された2社のうちの1社であり、もう1社はPsiQuantumである。

「実用的な量子コンピューティングへの道筋は明確です」と、マイクロソフトのテクニカルフェロー兼量子ハードウェア担当コーポレートバイスプレジデントであるチェタン・ナヤック氏は発表の中で述べた。「基盤技術は実証済みであり、当社のアーキテクチャは拡張可能であると確信しています。DARPAとの新たな契約は、科学的発見を推進し、重要な問題を解決できるマシンを構築するという当社の目標に向けて、たゆまぬ進歩を続けるというコミットメントを示すものです。」

そして、わずか数年後には、そう言われているのです。®

2月24日に追加更新

マイクロソフトの発表以来、Windowsの巨人である同社が本当に主張されている成果を達成したのかどうかについて、懐疑的な見方が出ている。問題の一つは、マイクロソフトの論文が同社が主張する成果を達成する前にNature誌に提出されたことにある。

つまり、マイクロソフトが開発したとされる8つのトポロジカル量子ビットは、ピアレビューによってまだ検証されていないということです。マイクロソフトは、この開発は既に行われたと主張していました。Nature誌の論文は実際には、より控えめな成果、つまりNature誌の査読者の言葉を借りれば「将来のマヨラナゼロモードを用いた核融合実験を可能にする可能性のあるデバイスアーキテクチャ」について言及しています[PDF]。

量子コンピューティング研究者スコット・アーロンソン氏のブログでこの問題が議論されたことを受けて、マイクロソフトの研究者チェタン・ナヤック氏は、マイクロソフトの主張に対する懸念に対処しようと試みた。ナヤック氏は次のように書いている。

最初に述べたように、健全な懐疑心を持ち続けるのは良いことです。