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Googleの研究者らは、現在最速のスーパーコンピューターでも47年かかる計算を、同社の量子コンピューター「Sycamore」が瞬時に完了させることに成功したと報じた。彼らは、この研究成果をプレプリントサーバーのarXivで発表している。

研究チームはGoogleの量子コンピューターの最新バージョンを使用した。2019年、Sycamoreと名付けられた53量子ビットのマシンが、量子超越性を達成したことが報告された。量子超越性とは、量子コンピューターが古典的なコンピューターやスーパーコンピューターの能力をはるかに超えるタスクを実行する理論的なポイントのことである。

今回の研究では、科学者たちは70量子ビットを搭載したSycamoreのアップグレード版を使用した。ビットが古典的な情報の基本単位であるのと同様に、量子ビットは量子情報の基本単位と考えることができる。

Telegraph紙によれば、これらの追加の量子ビットにより、Sycamoreは以前のバージョンよりも 2億4,100万倍強力であることを意味するという。また、量子コンピュータの性能には、コヒーレンス時間など他の要素も影響するという。

研究者たちは、この実験は、古典対量子の競争に渦巻く疑問に答えるためにデザインされたものだと述べている。

研究者たちはこう書いている:

「指数関数的に大きなヒルベルト空間が、ノイズの多い量子プロセッサーによって実際に活用される領域には、明確に定義された境界が存在するのか?
量子プロセッサーによって活用される領域の境界は明確に存在するのか?さらに重要なことは、これらの境界を直接探る実験的観測値を確立できるかということである」。

実験では、科学者たちはランダム回路のサンプリング作業を行った。量子コンピューティングでは、ランダムな回路を走らせ、その結果の出力を分析することで、量子コンピューターの性能をテストし、複雑な問題を解く能力や効率を評価する。

研究者たちは世界有数のスーパーコンピューターであるFrontierとベンチマークを行った。2019年にGoogleが開発した53量子ビットのSycamoreと同等の計算を行うには6.18秒かかるが、70量子ビットのアップデート版Sycamoreと同等の計算を行うにはFrontierでも、47.2年かかることになるという。

研究者らはまた、これは量子超越性を宣言した最新の研究チームのひとつである中国の研究所が最近行ったデモンストレーションにも勝ると主張している。

研究者たちは論文で次のように報告している:

「必要な計算資源と、古典的手法を改良した場合の達成可能な忠実度の境界を見積もった結果、我々の実証は、古典を超えた量子計算の領域にあると結論づけた」。

Telegraph紙によると、この実験は研究コミュニティで賞賛を浴びているが、実験の実用性に対する疑念はまだ残っている。量子計算タスクの実用性は、かつての量子優位性実験に対する大きな批判のひとつである。例えば、ほとんどの人はボソンサンプリングやランダム回路サンプリングをすぐに必要としないが、より安価な医薬品を入手する必要がある。

ケンブリッジに本社を置く量子力学企業リRiverlaneの最高経営責任者Steve Brierley氏は、Telegraph紙にこう語っている:「これは大きなマイルストーンです。量子の覇権に到達したのか、あるいは到達できるのかという論争に決着がつきました」。

ブライトンを拠点とするスタートアップのUniversal Quantumの最高経営責任者Sebastian Weidt氏は、「量子コンピューターは実用的な機能を目指すべきだ」と同紙に語った。

彼は次のように述べている:

「これは量子の優位性を示す非常に素晴らしいデモンストレーションだ。学術的には素晴らしい成果だが、使用されているアルゴリズムは現実世界での実用性はない。何千もの量子ビットを持つ量子コンピュータが、古典的なコンピュータでは決して実現できないような形で、実際に社会に価値を提供し始める時代なのです」。

このような難解な実験がやがて、より実用的な計算の基礎を築く装置や手法につながることが期待されている。


論文

参考文献

研究の要旨

量子コンピュータは、古典的なコンピュータの能力を超えるタスクの実行が期待されている。ノイズはコヒーレントな進化と競合し、長距離相関を破壊するため、近い将来の量子プロセッサの計算能力を十分に活用することは非常に困難である。我々は、量子ダイナミクスとノイズの相互作用によって駆動される明確なフェーズを特定したランダムサーキットサンプリング(RCS)実験について報告する。クロスエントロピー・ベンチマークを用いることで、ノイズの多い量子進化の計算複雑度を定義できる位相境界を観測した。最後に、70量子ビット、24サイクルのRCS実験を紹介する。古典的手法を改良した場合の計算コストを見積もり、我々の実験が既存の古典的スーパーコンピュータの能力を超えていることを示す。

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