量子コンピューティングとは何か？

量子コンピューティングとは何か？量子コンピュータが登場し、従来のコンピュータの何倍もの性能を持つようになった。しかし、それはあなたのデスクにあるPCに取って代わるのだろうか？私たちはその答えを持っている。

量子コンピューティングは長い間、『トゥモロー・ワールド』の終わりのないエピソードのように感じられてきた。しかし、もはやフィクションではない。

量子コンピューティングはここにある。国防省は独自の量子コンピューターを持っており、企業はアマゾンやマイクロソフトなどの企業から量子コンピューティングの時間を借りることができる。

この驚異的に高性能なハードウェアの利用可能性は何を意味するのだろうか？私たちは皆、パソコンを量子コンピューターに買い換えるのだろうか？そして実際にどのように動作するのか？などなど、様々な疑問にお答えします。

量子コンピューターとは何か？

量子コンピューティングは非常に複雑な技術であり、様々な形態があります。しかし、基本的な要点はここにある。

あなたがこの記事を読んでいる装置のような従来のコンピューターは、ビットを使って情報を処理する。ビットは電灯のスイッチのようなもので、オンかオフのどちらかだと考えることができる。コンピューターでは、この2つの状態は0か1として表される。ワード文書であれYouTubeの動画であれ、あなたのデバイスに保存されている文字通りあらゆるデータは、1と0に集約することができる。

量子コンピューターの仕組みは異なる。ビットの代わりに量子ビットを使用し、量子ビットは同時に2つの状態で存在することができる。さらに驚くべきことに、量子コンピューターはもつれなどの現象を利用して計算を行うことができる。エンタングルメントとは、2つ以上の量子ビットが物理的に離れているにもかかわらず、その状態がリンクしている不思議なつながりのことである。

これは大きなチャンスであると同時に恐ろしいリスクでもある。プラス面では、量子コンピューターがガンの治療法を見つけるなどの課題に取り組むことができるようになる可能性がある。

この概念を理解するのは信じられないほど難しいが、基本的に量子コンピューターは通常のコンピューターやサーバーよりもはるかに速く問題を解くことができるため、従来のコンピューティングチップよりも処理に大きな優位性がある。

欠点は、量子コンピュータを作るのが簡単ではないということだ。現在、産業界や学術界で実用化されている量子コンピューターはあるが、その開発の初期段階に過ぎない。数十量子ビットにスケールアップすると不安定になり、エラーを発生させ、それを検出するのは必ずしも容易ではない。

また、プログラミングにもまったく異なるアプローチが必要になる。量子コンピューター上で従来のコンピューターソフトウェアを動かすことはできない！(量子コンピュータ用のソフトウェアを作成し、その膨大な能力を活用する方法については、まだ理解され始めたばかりである。

量子コンピューターは実際に何をするのか？

量子コンピューターが得意とするのは、複雑で不確定要素が多く、ランダム性が高い、厄介な計算だ。エクセルの処理速度を速くしたり、フォートナイトのグラフィック・パフォーマンスを向上させたりすることはできないが、通常スーパーコンピューターやクラウドコンピューティング・クラスターに任されるような巨大なタスクに取り組むのは得意だ。

量子コンピューティングの大数を因数分解する能力は、金融取引や安全な通信を支えている今日の暗号化技術を完全に弱体化させる可能性がある。

これは大きなチャンスであると同時に恐ろしいリスクでもある。プラス面では、量子コンピューターはがんの治療法の発見や、少なくとも腫瘍がどのように変異するかをより正確に予測するような仕事に取り組むことができるようになり、患者の予後を大幅に改善できる可能性がある。

原子や分子、その他の自然構造の挙動をモデリングするのにも適しており、宇宙の仕組みの理解を深めたり、気候変動に関する知識を加速させ、より効果的な対処法を見つけるのに役立つだろう。

ロジスティクス、金融モデリング、今話題の機械学習やAIなど、優れた処理能力が大きなメリットをもたらす可能性のある、より平凡な作業や活動も数多くある。

しかし、ここにも重大なリスクがある。量子コンピューティングが持つ大数の因数分解能力は、私たちの金融取引や安全な通信を支えている今日の暗号化技術を根底から覆す可能性がある。暗号技術は基本的に、現在の計算能力では合理的な時間内に暗号を解読するには限界があるという原理で動作しているが、最近のIBMの報告書では、量子コンピューティングは理論上、最も厳しい暗号化規格でさえ1日以内に突破するブルートフォースが可能であるため、「古典的なコンピュータの暗号化プロトコルに存亡の危機をもたらす」と主張している。

そのためグーグルなどの企業は、このような脅威を回避するために「量子レジリエント・セキュリティ・キー」の開発に取り組んでいる。この法律は、量子コンピューターが従来の暗号を突破する日（Q-Day）から連邦政府のシステムを守るためのもので、数年後に実現するかもしれないという予測もある。

量子コンピュータは現在入手可能だが、カレーショップの店頭に並んでいることはない。

量子コンピューターには様々な技術に基づいて作られたいくつかの種類があり、最も極端なものは、オーバーヒートを防ぐために巨大な冷蔵庫に保管しなければならない、倉庫サイズの巨大な獣だ。

しかし、量子コンピューターはより一般的な形でも登場し始めている。例えば昨年、国防省は初の量子コンピューターを納入した。ORCAコンピューティングPT-1は、通常の19インチサーバーラックに約4フィート5インチの高さで収められ、室温で動作するため特別な冷却装置を必要としない。一見しただけでは、どこの企業にもある普通のサーバーと見分けがつかないだろう。

通常のクラウド・コンピューティング・パワーを購入するのと同じように、量子コンピューティング・パワーをオンデマンドで購入することも可能だ。アマゾンもマイクロソフトも、従来のサーバーと同じように量子コンピュータの利用時間を貸し出している。そのため、学者も企業も、自社でハードウェアを購入する多大な費用をかけることなく、量子コンピュータを使い始めることができる。

技術が成熟し、より手頃な価格になれば、量子コンピューターは間違いなく普及するだろう。先に述べたように、チップ大手のインテルは、従来のチップ・ビジネスへの脅威が迫っていることを察知し、独自の量子研究用チップ「トンネル・フォールズ」を開発した。

しかし、Windows PCやMacをすぐに量子コンピューターに置き換える可能性はほとんどないだろう。量子コンピュータが従来の形で登場し始めているとしても、非常に高価であることに変わりはない（国防総省のコンピュータは6桁はするだろう）。また、仮にそのような贅沢をする余裕があったとしても、その上で動くコンシューマーグレードのソフトウェアはないだろう。量子コンピューティング技術は、いつの日かコンシューマー・スペースにも浸透するかもしれないが、当分の間、家庭で量子的な飛躍を遂げることはないだろう。