IBMの研究者はかく語りき。｢量子コンピューターはもう実現しているよ｣

量子コンピューターの実用化は、案外早くやってくるかも。

そもそも量子コンピューターとは、量子力学の原理を応用して計算を行なうまったく新しいタイプのコンピューターです。

現在、われわれが使っているPCやスマホに搭載されている従来の｢古典コンピューター｣は、電気信号による｢0｣と｢1｣のビットの組み合わせだけで情報を処理していますが、量子コンピューターは｢量子ビット｣と呼ばれる｢0｣と｢1｣が同時に存在するという不思議な状態を使って情報の処理を行ないます。

古典コンピューターでは解くのが難しかった複雑な問題も、瞬時に処理できるとして、Google（グーグル）や富士通などのテック企業も研究を進めていますが、一方でエラーの発生など、実用化までの道のりは遠いとする意見もあります。

米Gizmodoは、IBM Quantumのディレクター Jerry Chow氏にインタビューを敢行。量子コンピューターの現在地と今後の展望について聞きました。

｢量子優位性｣って？

──例えば私が｢量子コンピューターなんてまったくのナンセンスだ｣と思っている側の人間だとしましょう。そんな私が、｢量子優位性（quantum advantage）｣について気にかける理由は何でしょうか？

Jerry Chow氏（以下Jerry）：私たちの目標は、最終的に有用な量子コンピューターを世界に提供することです。

量子コンピューターの大きな特長は、今存在するコンピューターとは異なる種類の計算を実現できる可能性があるという点です。これは数学的にも裏づけられており、古典コンピューターを確実に上回ることを示すアルゴリズムが存在します。

例えば、大きな整数を素因数分解して暗号を破る非常に複雑な分子構造のシミュレーション、グローバーのアルゴリズム（未整列データベース探索を高速化する量子アルゴリズム）など、紙とペンで証明可能な方向性がすでに示されています。

しかし、もう1つの疑問は、｢現在すでに構築されているもので、何ができるのか？｣という点です。

これは特定の問題に対して量子的な優位性があるとか、古典的なすべての手法より優れているという話ではありません。問題を解こうとするとき、私たちはGPUやCPU、世界中のコンピューターとアルゴリズムを総動員しますよね。量子優位性とは、量子コンピューターと既存の古典的リソースを組み合わせて、より安く、より速く、またはより正確に問題を解けるようになることです。

──｢量子コンピューターは計算を永遠に変える！｣といった、よくあるメディアの見出しとはずいぶん違いますね。

古典コンピューターと組み合わせて活用

Jerry：私は量子優位性を漸進的なものと見ています。 それが計算可能なすべての事柄を根本的に変えるわけではなく、少しずつ、段階的に進んでいくと考えています。

これはGPUの発展過程にも似ていますね。GPUは当初、ゲームというニッチな用途で使われていましたが、その後、国家的な計算戦略の一環として、クラスタ化されたHPCや分子構造、宇宙論、高エネルギー物理の研究など、大量の計算資源を必要とする分野で広く使われるようになりました。量子コンピューターも同様に、｢補完的なツール｣として成長していくと期待しています。

──｢補完｣という考え方は面白いです。古典コンピューターと量子コンピューターは、本質的に結びついているわけですよね。量子コンピューターが正しく動作しているかを確認するには、古典コンピューターでの検証が必要です。研究者はこの関係をどのように活用しているのでしょうか？

Jerry：これは非常に重要な点です。すべては古典コンピューティングと相互に結びついています。私たちが計算を体験する唯一の方法は古典的なもので、入力も出力も古典的な形式です。

量子コンピューターは量子力学と量子回路を使って、指数関数的に大きな計算空間を探索しますが、最終的には測定によってすべてを古典的な出力に変換し、その結果を他の計算資源と組み合わせて利用します。量子コンピューターが古典コンピューターを置き換えてしまうというような懸念は必要ないでしょう。

IBMの取り組みとコミュニティ戦略

──IBMはこの分野の大きなプレイヤーであり、Chow氏は15年間量子研究に関わってきました。この量子優位性のアプローチを実現する中で、特に誇りに思うことは何ですか？

Jerry：私が始めたころは8〜10人程度のチームで、より良いデバイスを作ることに集中していました。2010年代半ば、私たちは開発したものをクラウドに公開し、物理学の実験室からコンピューター利用体験へと移行させる決断をしました。

それ以降は、つまみを回して電圧を制御するような物理的操作ではなく、計算ツールや計算プラットフォームとしてどう活用するかを考えるようになりました。現在、私たちのシステムの多くは、世界中の量子データセンターや顧客拠点に設置されています。

例えば日本の理化学研究所の共同研究者は、量子コンピューターとHPCを組み合わせて分子構造を研究しています。そこから必要な計算エネルギーを古典的計算の限界値に近づけることができ、両者を比較できる段階にまで来ています。

──IBMの戦略で重要な部分は何でしょうか？

Jerry：今や｢作るだけ｣では不十分です。量子コンピューターの有用性を引き出す必要があります。

その大きな部分はコミュニティにあります。高度なコンピューターの必要性を訴え、私たちと共に量子優位性や有用な応用を探し出してくれる人々が必要です。

そのために私たちは約300人のメンバーから成る量子ネットワークを構築しています。私たちは各業界の専門家ではありませんが、医療、ライフサイエンス、石油・ガス、エネルギーといった分野には大きな可能性があります。

現在の実用性と今後の展望

──つまり量子コンピューターは未来のものではなく、すでに存在しているわけですね。

Jerry：はい。量子コンピューターは実在していて利用可能です。確かにマーケティングや話題作りは多いですが、実際に私たちのマシンで量子回路を無料でウェブ上から実行できます。

学習コンテンツも豊富で、スタートを手助けしてくれる大きなコミュニティもあります。ChatGPTにQiskit（IBMが開発したオープンソースの量子コンピューター用SDK）をインストールさせることだってできます。宣伝で聞くだけでなく、ぜひ自分で手を動かして体験してほしいですね。

──では、もし量子優位性が漸進的なものであるなら、次の｢量子のマイルストーン｣は何でしょうか？ 今後5年、10年、あるいは数カ月以内に、量子コンピューターで特に楽しみにしていることはありますか。

Jerry：私たちはすでに｢Nighthawk｣と呼ばれる新しいデバイスを、年末までにユーザーに提供する方向で進めています。

次の大きなマイルストーンは、おそらく｢優位性｣という観点から複数の段階的成果が現れることです。つまり、量子コンピューターでより複雑な回路を実行し、それに古典コンピューターが対抗しながら検証するというようなやり取りが来年にかけて増えるでしょう。私たちはHPCコミュニティとも密接に連携していく予定です。