量子超越性の問題、つまり量子コンピューターが古典システムに対して具体的な優位性を発揮できる点の問題は、控えめに言っても危うい。
2019年にGoogleが量子超越性を達成したと主張した際、IBMはほぼ即座に反論しました。IBMはGoogleの論文で主張されたいくつかの点に疑問を呈し、従来のシステムであればGoogleが53個の超伝導量子ビットを持つ量子コンピュータで達成したよりも高い忠実度で結果を生成できると推定しました。しかも、その時間は研究者が主張した1万年ではなく、わずか2.5日でした。
今週、Quantinuum はこの問題を再検討し、Google の 2019 年の結果と比べて 100 倍以上の改善を達成したと自慢した。
ご存じない方のために説明すると、このスタートアップ企業は、英国のケンブリッジ・クオンタムと米国のハネウェル・クオンタム・ソリューションズの合併により設立されました。
Quantinuum は、Google、IBM などが導入している超伝導量子システムではなく、電磁場を使用して荷電粒子を自由空間に浮かせるトラップイオン量子ビットを使用します。
クォンティニウムの最新ベンチマークは、JPモルガン・チェースとカリフォルニア工科大学およびアルゴンヌ国立研究所の研究者と共同で実施され、56個のトラップイオン量子ビットを備えたH2-1と呼ばれる異なるシステムを試した。
普通のPCとは違います…Quantinuumの量子機器 – クリックして拡大。出典：Quantinuum
この論文で詳細に説明されているデモンストレーションでは、ランダム回路サンプリングと呼ばれるアルゴリズムが使用され、線形クロスエントロピーベンチマーク (XEB) と呼ばれるものを含むさまざまなテストを使用して結果の品質が測定されました。
XEBスコアがゼロに近いほどノイズが多く、効率の低いシステムであることを示します。スコアが1に近いほど、量子コンピューティングの効率が高いことを示します。
Quantinuumの説明によると、Googleは約0.002というスコアを達成したとのことです。これはゼロに非常に近い数値であり、Chocolate Factoryは当時の古典的システムと比較して統計的に有意な改善だと主張しました。一方、Quantinuumは、56量子ビットのH2-1システムが約0.35というXEBスコアを達成したと述べています。
これは、量子ビットが大規模に全員対全員の方法で通信することを困難にしていた新しい配線とネットワークトポロジを使用することで可能になったようです。
Quantinuum社の言うことを信じるならば、同社の新型H2-1システムは非常に強力であるため、従来のハードウェアでマシンをエミュレートすることは不可能だ。「世界最高峰のスーパーコンピュータのメモリをすべて占有してしまうため」だ。そのため、同社は従来のハードウェアで同社のマシンをシミュレートすることを可能にしていた量子エミュレーション・プラットフォームの提供を中止する。
同社のシステムは、従来のシステムに比べて3万分の1のエネルギーで一部のジョブを処理できると見積もっている。ただし、念のため言っておくと、同社は量子超越性を主張しているわけではなく、Googleの2019年の業績と比べて大幅に改善されているとはいえ、まだ多くの課題が残っていることを認めている。
「H2量子コンピューターは、約35％の確率でエラーを1つも発生させずに結果を生成します」とクォンティニウムは水曜日の声明文で述べた。
これはそれほど信頼できる数字ではないように思えるかもしれないし、実際そうではないが、論文は「35 パーセントは、量子コンピューターの計算上の優位性が明らかに見えてくる理想的な 100 パーセントの忠実度の限界に向けた大きな一歩である」と主張している。
「これらの結果は、フォールトトレラント量子コンピュータの完全な利点は本質的には変わっていないが、当初の予想よりも早く実現可能になる可能性があること、そして重要なのは、その過程で、量子コンピュータが従来はシミュレートできない方法で動作し始めるにつれて、当社の顧客の日常業務に具体的な利点がもたらされるだろうということを示している」とクォンティニウムの最高製品責任者、イリヤス・カーン氏は声明で説明した。
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クォンティニウムの技術はここ数ヶ月、大きな注目を集めています。1月には、量子コンピューティングが複雑な金融業務を高速化する可能性を秘めていることから、JPモルガンが3億ドルの投資を決定しました。
同月、日本の政府系科学研究機関である理化学研究所は、埼玉県和光市にある研究施設にこの新興企業のイオン捕捉システムを導入することを明らかにした。
その後、4月にQuantinuum社はMicrosoft社と提携して量子ビット仮想化システムを開発し、30個の物理量子ビットを使って4個の論理量子ビットを作成することで、「これまでに記録された中で最も信頼性の高い論理量子ビット」を生成すると主張した。
Quantinuumは、数ある量子コンピューティングのスタートアップ企業の一つに過ぎません。IBMや富士通といった大手テクノロジー企業もこの分野に参入しています。
そして、ゲームは進行中です。この分野で最も野心的なプロジェクトの 1 つには、IBM が先導する 1 億ドルのシステムが含まれており、シカゴ大学と東京大学は 2033 年までに 10 万量子ビットの量子システムを構築する予定です。®
