グーグルの量子コンピューターは「不可能」なテストに合格した

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Googleはコンピューターサイエンスを飛躍的に進歩させました。 Googleは、Sycamoreと呼ばれる最先端の量子コンピューターを使用して、通常のマシンでは事実上不可能と考えられる問題を解決することにより、世界で最も強力なスーパーコンピューターよりも「量子至上権」を主張しています。

量子コンピューターは複雑な計算を200秒で完了しました。同じ計算では、最強のスーパーコンピュータでも約1万年で終了することになります。カリフォルニア大学サンタバーバラ校の実験物理学者であるJohn Martinisが率いる研究者チームは、ジャーナルネイチャー。

「現在10、000年と推定されている古典的なシミュレーション時間は、改良された古典的なハードウェアとアルゴリズムによって短縮される可能性が高い」とマルティニスの研究室の大学院生研究者であるブルックス・フォクセンは声明で述べた。「しかし、現在は1.5兆倍速いので、この成果を主張するのは快適だ」と彼は量子コンピューターの優位性について言及した。

量子コンピュータは、量子力学の奇抜な物理学を利用して、古典的な半導体ベースのコンピュータでは解決が不可能ではないにしても非常に困難な問題を解決します。

Googleが征服することを選択した計算は、非常に長い乱数のリストを生成し、その値を100万回チェックすることと同じです。結果は、量子力学の世界以外では特に有用ではないソリューションですが、デバイスの処理能力に大きな影響を与えます。

不確実性の強さ

通常のコンピューターは、情報の「ビット」を使用して計算を実行します。オン/オフスイッチのように、1または0の2つの状態でしか存在できません。量子コンピューターは、両方として存在できる量子ビットまたは「キュービット」を使用します1と0を同時に。量子力学のこの奇妙な結果は重ね合わせ状態と呼ばれ、古典的なコンピューターに対する量子コンピューターの利点の鍵となります。

たとえば、ビットのペアは、任意の時点で状態の4つの可能な組み合わせ（00、01、10、または11）の1つだけを格納できます。各キュビットは同時に両方の値（0と1）を表すため、1組のキュビットは4つの組み合わせすべてを同時に保存できます。さらにキュービットを追加すると、コンピューターの能力が指数関数的に増加します。 3つの量子ビットは8つの組み合わせを格納し、4つの量子ビットは16を格納します。 53キュビットを備えたGoogleの新しいコンピューターは、253個の値、つまり10,000,000,000,000,000（10兆）を超える組み合わせを保存できます。この数は、量子力学のもう1つの基本的で等しく奇妙な特性がショーに入るときにさらに印象的になります：もつれた状態。

アルバートアインシュタインが「遠くからの不気味な行動」と説明した現象では、ある時点で相互作用した粒子が絡み合う可能性があります。つまり、ある粒子の状態を測定することで、粒子間の距離に関係なく、他の粒子の状態を同時に知ることができます。量子コンピューターの量子ビットが絡み合っている場合、それらはすべて同時に測定できます。

Googleの量子コンピューターは、超伝導金属の微視的な回路で構成されており、複雑な重ね合わせ状態で53キュビットを絡み合わせます。もつれたキュビットは0〜253の乱数を生成しますが、量子干渉のため、一部の乱数は他の乱数よりも多く表示されます。コンピューターがこれらの乱数を数百万回測定すると、不均一な分布からパターンが生じます。

「古典的なコンピューターの場合、これらの操作の結果を計算することははるかに困難です。なぜなら、253が可能な量子状態のいずれかになる確率を計算する必要があるためです。53は量子ビットの数に由来します-指数スケーリングが理由です人々はそもそも量子コンピューティングに興味を持っている」と語った。

量子もつれと重ね合わせの奇妙な特性を利用して、Martinisの研究室は200秒でSycamoreチップを使用してこの分布パターンを生成しました。

紙の上では、量子コンピュータが従来のコンピュータよりも優れている理由を簡単に示すことができます。現実の世界でタスクを示すことは別の話です。従来のコンピュータは、プロセッサに数百万の動作ビットを積み重ねることができますが、量子コンピュータは、動作できる量子ビットの数をスケーリングするのに苦労しています。絡み合ったキュビットは短期間で絡み合わなくなり、ノイズやエラーの影響を受けやすくなります。

このグーグルの業績は確かに量子コンピューティングの世界では偉業ですが、この分野はまだ始まったばかりであり、実用的な量子コンピュータは地平線に遠いままです。