2019年、Googleは量子コンピューティングの研究者が長年追い求めてきた成果、すなわち、この難解な技術が従来の技術を上回る性能を発揮できることの証明を達成したと誇らしげに発表しました。しかし、この「量子超越性」の実証は、比較的標準的なスーパーコンピューターでGoogleを凌駕したと主張する研究者たちによって異議を唱えられています。
誤解のないよう明確に述べておくと、Googleが嘘をついたり、研究成果を歪曲したりしたと言っている人は誰もいません。2019年の量子超越性発表につながった、骨の折れる画期的な研究は、依然として非常に重要です。しかし、この新しい論文が正しければ、古典コンピューティングと量子コンピューティングの競争は、依然として誰の手に委ねられているかの分かれ道となります。
Googleが量子コンピューターを理論から現実のものにするまでの経緯は原文の記事で詳しく読むことができますが、ここではごく簡単にまとめます。Sycamoreのような量子コンピューターは、量子コンピューターのシミュレーションという一つの例外を除けば、今のところ古典コンピューターより優れている点はありません。
言い訳のように聞こえるかもしれませんが、量子超越性のポイントは、たとえ1つでも非常に特殊で奇妙なタスクを、最速のスーパーコンピューターよりも速く実行できることを発見することで、その手法の実現可能性を示すことです。そうすることで、量子コンピューティングがタスクライブラリを拡張するための足掛かりを得ることができるからです。最終的にはすべてのタスクが量子コンピューティングで高速化されるかもしれませんが、2019年のGoogleの目的においては、高速化されたのはたった1つだけで、その仕組みと理由を非常に詳細に示しました。
現在、潘章氏が率いる中国科学院のチームが、量子コンピューター（具体的には、量子コンピューターが発する特定のノイズパターン）をシミュレートする新しい手法を説明した論文を発表した。この手法は、2019年に従来のコンピューターで実行するのに推定される時間のほんの一部しかかからないようだ。
量子コンピューティングの専門家でも統計物理学の教授でもないので、張氏らが用いた手法について概要しか説明できません。彼らは問題を大規模な3Dテンソルネットワークとして表現し、Sycamoreの53量子ビットをノードのグリッドで表現し、シミュレーションプロセスにおいてSycamoreゲートが実行する20サイクルを表すために20回押し出しました。これらのテンソル（それぞれが相互に関連するベクトルの集合）間の数学的関係は、512基のGPUクラスターを用いて計算されました。
Google の元の論文では、当時利用可能な最も強力なスーパーコンピューター (オークリッジ国立研究所の Summit) でこの規模のシミュレーションを実行すると約 10,000 年かかると推定されていましたが、誤解のないよう明確に述べれば、これは 54 量子ビットで 25 サイクルを実行した場合の推定値です。53 量子ビットで 20 サイクルを実行すればかなり複雑さは軽減されますが、それでも推定値では数年程度かかります。
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張氏のグループは、これを15時間で達成したと主張している。もしSummitのような本格的なスーパーコンピュータを利用できれば、Sycamoreよりも速い、ほんの数秒で達成できるかもしれない。彼らの論文はPhysical Review Letters誌に掲載される予定で、こちら（PDF）から読むことができる。
これらの結果は、こうした分野に精通した専門家による徹底的な検証と再現がまだ行われていませんが、何らかの誤りやデマであると考える理由はないでしょう。Google自身も、量子コンピューターの構築とプログラミングは非常に困難である一方、従来のコンピューターとそのソフトウェアは絶えず改良されているため、優位性が確立されるまでにはバトンが何度か行き来する可能性があると認めています。（量子の世界では当初、彼らの主張に懐疑的な見方を示していましたが、中には直接的な競合相手もいます。）
Google は、この点における進歩を認めて次のようなコメントを発表しました。
2019年の論文では、古典的なアルゴリズムは改善するだろうと述べました（実際、Googleはここでランダム回路シミュレーションに使用した手法を2017年に、そして忠実度と計算コストをトレードオフする手法を2018年と2019年に発明しました）。しかし、重要なのは量子技術の進歩が指数関数的に速いということです。そのため、ここ数年で大きな進歩があったにもかかわらず、この古典的なアプローチは2022年以降の量子回路に追いつけないと考えています。
メリーランド大学の量子科学者ドミニク・ハングレイター氏がサイエンス誌に語ったところによると、これはグーグルにとっての汚点でもなければ、量子分野全体にとってのノックアウトパンチでもない。「グーグルの実験は、この競争を始めるという目的を果たしたのです。」
Googleは新たな主張で反撃してくる可能性も十分にあり得る。彼らも現状維持ではない。しかし、Googleが競争力を維持しているという事実は、関係者全員にとって朗報だ。これはコンピューティングの刺激的な分野であり、GoogleやZhang氏のような取り組みは、あらゆる人々の基準を引き上げ続けている。
量子コンピューティングの「Hello World」の瞬間
デヴィン・コールドウェイはシアトルを拠点とする作家兼写真家です。
彼の個人ウェブサイトは coldewey.cc です。
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