Google、低エラー率の72量子ビット量子コンピュータを発表

Googleは、同社初の9量子ビット量子コンピュータと同等の低エラー率を実現する72量子ビット汎用量子コンピュータを発表しました。Bristleconeと呼ばれるこの量子コンピュータは、量子超越性の時代をもたらすとGoogleは考えています。

量子超越性への準備

Googleは以前、「量子超越性」を実現するために49量子ビットの量子コンピュータを構築すると予告していた。この成果は、量子コンピュータが世界最速のスーパーコンピュータよりも速く、明確に定義された科学的問題を処理できることを示すことになるだろう。

最近の発表で、Google は次のように述べました。

量子プロセッサが十分に低い誤差で動作すれば、明確に定義されたコンピュータサイエンスの問題において、従来のスーパーコンピュータを上回る性能を発揮できる可能性があり、これは量子超越性と呼ばれる成果です。これらのランダム回路は、量子ビット数と計算長（深度）の両方が大きくなければなりません。この目標はまだ達成されていませんが、私たちの計算では、49量子ビット、回路深度40を超え、2量子ビット誤差が0.5%未満であれば、量子超越性は十分に実証できるとされています。量子プロセッサがスーパーコンピュータを上回る性能を発揮することを実験的に実証できれば、私たちの分野にとって画期的な出来事となると確信しており、これは依然として私たちの主要な目標の一つです。

Googleが49量子ビットの量子コンピュータについて語り始めて間もなく、IBMは特定の量子アプリケーションでは量子優位性を証明するために56量子ビット以上が必要になる可能性があることを示しました。Googleはあらゆる疑念を払拭したいと考え、現在72量子ビットの量子コンピュータの実験を行っています。

しかし、数字に惑わされないでください。現在、最も高性能なスーパーコンピューターでもシミュレーションできるのは46量子ビットだけで、シミュレーションに必要な新しい量子ビットごとにメモリ要件は通常2倍になります（ただし、新たなイノベーションによってシステム全体の効率性はある程度向上する可能性があります）。

したがって、72量子ビットの量子コンピュータをシミュレートするには、その数百万倍（2^(72-46)）のRAMが必要になります。スーパーコンピュータでこれほどのRAMをすぐに使えるようになるとは考えにくいため、もしBristleconeがどんなアルゴリズムでも最強のスーパーコンピュータよりも高速に実行できれば、量子超越性の時代が到来したと言えるでしょう。

量子ビットの数が多いだけでは不十分

量子超越性を達成するために必要なのは、量子ビットの数が多いことだけではありません。計算を台無しにしないよう、エラー率の低い量子ビットも必要です。実用的な量子コンピュータは、量子ビットの数とエラー率の両方によって決まります。

Googleによると、量子コンピュータの最小エラー率は1%未満で、100量子ビット近くまで対応する必要があるとのことです。Googleはこれまでに、72量子ビットのBristleconeでこの目標を達成し、読み出しエラー率は1%、1量子ビットゲートでは0.1%、2量子ビットゲートでは0.6%という結果が出ています。

数十万から数百万の量子ビットを組み合わせて 0.1 ～ 1% のエラー率を達成できるようになると、量子コンピュータは現実世界の問題を解決する上で非常に役立つようになるでしょう。

Googleによると、理想的な量子コンピュータは少なくとも数億量子ビットを持ち、エラー率は0.01%未満になるという。量子コンピュータに何らかの「ムーアの法則」があると仮定したとしても、その実現には数十年かかるかもしれない（過去数年間のGoogleとIBMの進歩、そしてD-Waveを見ると、今のところムーアの法則は存在しているようだ）。

とはいえ、それよりずっと前に量子コンピュータの「有用な」応用例がいくつか見られるようになるかもしれません。例えば、量子コンピュータの量子ビット数が数千量子ビットであっても、既存の暗号のほとんどを解読できる可能性があります。量子コンピュータの現在の進歩速度が維持されれば、10年ほどでそのレベルに到達できるかもしれません。

Googleは、Bristlecone量子コンピュータが量子超越性を達成するだけでなく、量子ビットの拡張性やエラー率の研究、シミュ​​レーション、最適化、機械学習などのアプリケーションのテストベッドとしても使用できると「慎重に楽観的」である。