量子コンピューティングが科学を変える道：IBMの最新突破を深く解説

科学界がより大きく、より強力な量子コンピュータを待ち望む中、国際ビジネスマシン株式会社（IBM）と一部の研究者たちは、これらのシステムが今日すでに利用可能であることを証明しようとしています。彼らはそれを成し遂げました。

水曜日にarXivプラットフォームにアップロードされたプレプリント論文は、IBMが二つの国立研究所と三つの大学の科学者と共同で、目に見えないが材料科学の分野で応用価値を持つプロセスを量子コンピュータでシミュレーションしたことを示しています。

研究者たちは、中性子散乱技術（中性子ビームをサンプルに透過させる方法）を用いて磁性結晶の特性を測定し、その測定結果をIBM量子コンピュータ上で実行したシミュレーション結果と直接比較しました。最終的に、量子プロセッサはその結晶が示すべき挙動パターンを成功裏に示しました。

もしこの説明がやや難解に感じられるなら、研究者自身の解釈を聞いてみてください：ロスアラモス国立研究所の物理学者アレン・シャイは、この成果が「量子コンピュータの能力に対する期待の閾値を引き上げた」と述べています。

（左：中性子散乱実験結果；右：IBM量子コンピュータシミュレーション結果）画像出典：IBM

量子レベルの材料システムは非常に複雑で、従来のコンピュータではモデル化が難しいことが多いです。しかし、量子コンピュータがこのタスクを成功裏に完了したことは、こうしたシステムが新材料の開発を支援するのに十分強力になりつつあることを示しています。

これはまた、材料科学における量子技術の応用の見通しを裏付けるものです。材料科学は、医療機器、半導体からバッテリーに至るまで、ほぼすべての現代の発明の基盤を支える学問です。

量子計算の応用シーンは徐々に明確になっています。今月初め、IBMはデータセンターの青写真を発表し、量子コンピュータを既存のGPUやCPUと統合する計画を示しました。材料科学に加えて、この技術は金融や製薬業界にも深遠な影響を与えるでしょう。一部の業界の楽観主義者は、高計算能力タスクのエネルギー消費を大幅に削減できるとも考えています。

現在、業界の専門家や量子分野の投資家は期待を下方修正しています。量子コンピュータが広範に商業化される前には、真に「利用可能」と見なされることは難しいでしょう。これを実現するためには、スケールの拡大が必要です。

それにもかかわらず、IBMが最新の実験で示したこの能力は、大規模かつフォールトトレラントな量子コンピュータが登場するまで実現しないと予想されていました。つまり、個々のコンポーネントが故障したり干渉を受けたりしても、正常に動作し続けられるマシンです。

従来のコンピュータがビットを用いて基本情報をコーディングするのと同様に、量子コンピュータは量子ビットに依存しています。しかし、両者には重要な違いがあります：量子ビット（qubit）は通常、フォトン、電子、または捕獲されたイオンなどの粒子を操作し、測定することで生成されます。

さらに、従来のビットとは異なり、量子ビットは環境の変化に特に敏感です——熱から電磁干渉などのあらゆる要因——がその脆弱な量子状態を乱し、コンピュータの故障を引き起こす可能性があります。

IBM自身の目標は、2029年にその初のフォールトトレラント量子スーパーコンピュータ「Starling」を納入することです。予想されるその処理能力は、今日の量子コンピュータの二万倍になる見込みです。

今後三年で多くの変化が起こる可能性があり、また必然的に起こるでしょう。IBMの最新の実験は、ただの始まりに過ぎません。