Googleは最近、量子コンピューティングにおいて画期的な進歩を遂げたと発表した。同社の新しい量子AIチップ「Willow」は、従来のコンピュータが完了するまでに1年かかる方程式を5分で解いたという。この成果は、世界の科学技術コミュニティで幅広い注目を集め、量子コンピューティングと並行宇宙の理論との関係についての激しい議論も刺激しました。この記事では、「Willow」チップの技術的詳細、その性能の画期的な重要性、その結果をめぐる論争と賞賛について詳しく掘り下げます。
Google は最近、量子コンピューティングの分野で大きな進歩を遂げたと発表し、世界のテクノロジー コミュニティから大きな注目を集めています。彼らの最新の量子 AI チップは、通常のコンピューターが 1 兆年 (1 年) 連続して動作する必要がある方程式をわずか 5 分で解きました。この驚くべき速度の違いは誰もが衝撃を受けるのに十分です。
量子コンピューティングのボトルネックとブレークスルー
量子コンピューティングは最先端でクールに聞こえますが、長年にわたって不安定性の問題に直面してきました。小さな粒子は日常的な物体の規則に従っておらず、最先端のチップでさえも、壊れやすい状態のわずかな乱れによって故障する可能性があります。研究者たちは何十年もの間、この不安定な性質を利用しようと試みてきましたが、エラーがあまりにも早く蓄積され、修正するのが難しいという事実によって妨げられてきました。
量子誤り訂正技術は解決策の可能性を提供しますが、独自の複雑な問題も伴います。量子データの基本単位である複数の量子ビット間で情報を拡散する必要がありますが、理論的には単純ですが、実際には複雑な課題となります。関与する量子ビットが多すぎると、エラー率を特定の臨界しきい値未満に維持することが困難になります。
最近まで、特にスケールを考慮して設計されたコードでエラー率を臨界点以下に低減できることを実証できた人は誰もいませんでした。 Google の新しい量子チップ アーキテクチャはこの状況を変えます。
「Willow」チップの驚異の性能
GoogleのQuantum AI Labの創設者である量子科学者のHartmut Neven氏は、Willowチップの性能を「驚くべき」と呼んだ。その高速計算の結果は、「量子コンピューティングが多くの並行宇宙で発生するという考えを裏付ける」と同氏は付け加えた。この記事はまた、量子コンピューターの開発の成功は、量子力学の「多世界解釈」と多元宇宙の存在を裏付ける可能性があると理論化したオックスフォード大学の物理学者デイビッド・ドイチュについても言及した。
ドイチュ氏は 1970 年代から量子コンピューティングの先駆者であり、量子コンピューティングの研究の目的はむしろ多元宇宙理論を検証することにあります。
並行世界の概念
代替宇宙または複数の宇宙としても知られる平行宇宙は、他の現実が私たちの現実と並んで存在する可能性を指します。私たちの宇宙が広大な宇宙の泡の中の 1 つの泡にすぎず、それぞれの泡が独自の物理法則、歴史、さらには私たちの異なるバージョンを持つ異なる宇宙であると想像してください。
科学者たちは、無数の他の宇宙が存在し、それぞれが独自の可能性を持っている可能性を示唆する多元宇宙などの理論を通じてこの概念を探求しています。平行世界の具体的な証拠はまだ見つかっていませんが、このアイデアは、現実の性質や、私たちが現在見ているものや理解しているものの先に何があるのかについて、興味深い議論を引き起こしています。
論争と称賛が共存する
しかし、天体物理学者から作家に転身したイーサン・シーゲル氏はGoogleの意見に反対している。同氏はグーグルが「無関係な概念を混乱させている。ネビンもそれを知っていたはずだ」と非難した。
シーゲル氏は、ネビンが量子力学が起こる数学的空間と並行宇宙や多元宇宙の概念を混同したと説明した。シーゲル氏によれば、たとえ量子コンピューターが成功したとしても、並行宇宙の存在を証明することはできないという。
意見の相違にもかかわらず、シーゲル氏はウィローチップによるグーグルの功績を称賛し、これを「量子コンピューティングにおける真に傑出した進歩」と呼んだ。同氏は、この画期的な進歩が、新薬の発見、電気自動車用のより優れたバッテリーの設計、核融合や新エネルギー源の進歩など、地球の最大の問題のいくつかを解決するのに役立つ可能性があると信じている。
ネビン氏も同じ楽観的な見方を繰り返し、「これらの将来のゲームを変えるアプリケーションの多くは、従来のコンピューターでは実現不可能です。それらは量子コンピューティングによって解き放たれるのを待っているのです。」と述べました。
「Willow」チップの技術的進歩
「Willow」チップは、Googleの量子AIチームが設計した最新の超電導プロセッサーだ。エラー制御に苦労していた古いデバイスとは異なり、Willow はパフォーマンスを新しい領域に押し上げ、量子エラー訂正が真にその約束を果たせるように設計されたサポート技術を提供します。
このシステムは、「表面コーディング」として知られる特定のアプローチの条件を満たします。過去の試みでは量子ビットを追加する際に障害が発生しましたが、Willow はその障壁を突破します。
コード距離と量子誤り訂正
量子誤り訂正フレームワークでは、「コード距離」と呼ばれるものがよく参照されます。簡単に言えば、これは量子データのブロックを保護するために使用される量子ビットの数を表します。特定の条件が満たされる場合、距離を長くすると (コード距離を 3 から 5、7 に増やすなど)、全体的な故障確率が低下するはずです。
新しいデバイスでは、距離が増加するたびに論理エラー率が半分になります。このような改善は、量子コンピューティング研究者の長年の主要な目標でした。
発表された調査結果によると、グーグルの量子AI研究所の創設者である量子科学者のハルトムット・ネビン氏は、「ウィローは標準的なベンチマーク計算を5分で完了した。今日のスーパーコンピューターの中で最も速いものの1つだ。完了するには10年かかるだろう」と述べた。
長期にわたるパフォーマンスとリアルタイムのエラー修正
テストを数サイクルだけ実行しただけでは、システムの安定性の全体像が明らかにならない可能性があります。 Google の新しい量子チップは、パフォーマンスを 100 万サイクルまで高めることで、この問題を克服しています。このデバイスは、通常は他のシステムが空気を求めて息を切らせてしまう時間スケールにわたって、しきい値以下のパフォーマンスを維持します。このような長期間にわたってリアルタイムのデコード精度を維持することは簡単な作業ではありません。
「Willow」の背後にあるチームは、修正が即座に適用できるように操作を調整しました。この方法により、チップが軌道から外れないことが保証されます。
Googleの最高経営責任者（CEO）サンダー・ピチャイ氏は、「われわれはWillowを有用な量子コンピュータ構築への重要なステップとみなしている」と述べた。
従来のボトルネックを超えて
従来のスーパーコンピューターは、複雑なタスクを処理するために十分に理解された方法で動作する数十億の小さなスイッチを使用します。対照的に、量子コンピューターは、古典的なショートカットに還元できない現象を利用します。これまでの問題は、意味のある計算を完了するのに十分な期間、繊細な量子状態を維持する方法でした。
Willow を使用することで、チームはエラーが手に負えなくなるような方法で量子ビットが連携できることを示しました。このデモンストレーションは、量子チップが従来のシステムが処理できる範囲を超えたコンピューティングに移行できることを示しています。
量子コンピューティングの未来
Google の目標は、これらの厳格な信頼性テストに合格できるハードウェアを使用して、量子コンピューティングが永遠におもちゃの問題にとどまらないことを証明することです。
誤り訂正能力を失わずにコード距離を増加させることは、いつか大量の量子ビットが、複雑なシミュレーションの高速化、創薬プロセスの改善、新しい材料の貯蔵方法の探索など、現実世界のタスクに関連するアルゴリズムを強化する可能性があることを示唆しています。
Willow が長期間にわたってしきい値以下のエラー率に到達することに成功したことは、量子ハードウェアが信頼できるツールに発展するという強力な証拠を待ち望んでいた業界の取り組みを促進する可能性があります。
誤り訂正が日常的に行われるようになりましたが、量子誤り訂正の目標は、誤りを完全に排除することではなく、マシンが最後まで計算を実行できる程度に誤りを稀にすることです。
将来の設計が Willow の安定性と拡張性の機能に基づいて構築される場合、おそらくいつかこの修正がユーザーには見えないバックグラウンドで行われることになるでしょう。このレベルのフォールトトレランスに達すると、量子コンピューターは従来のハードウェアの範囲をはるかに超えたワークロードを処理できるようになる可能性があります。これにより、これらの驚異的なマシンを拡張するための実用的な方法が明らかになります。
グローバルなコラボレーションが量子誤り訂正を推進
Google Quantum AI やその他のグローバル グループの取り組みは孤立したものではありません。量子誤り訂正の分野は、実用的なデバイスへの道を模索する多くの研究者の注目を集めています。
過去 10 年間にわたる研究により、特定の格子設計と慎重なレイアウトで配置された論理量子ビットの重要性が示されてきました。 Willow は、適切なチップ アーキテクチャとエラー修正スキームを使用すれば、しきい値を超えることができることを示しました。
これにより、分野全体が有用な問題を解決できる機械の構築に近づくことになります。旅はまだ終わっていませんが、パズルの重要なピースはすでに配置されています。
Google の「Willow」チップの成功は、量子コンピューティングの分野における重要なマイルストーンを示しています。まだ課題はありますが、誤り訂正とスケーラビリティにおける画期的な進歩により、将来の量子コンピュータの実用化への道が開かれ、多くの地球規模の問題を解決する希望がもたらされます。 この技術は今後の技術開発に大きな影響を与えることは間違いありません。