量子コンピューティングは、その目標に近づきつつあります。古典的マシンを凌駕する実用的な量子コンピュータの開発に向けて、長年にわたりゆっくりと、しかし着実に開発が進められてきましたが、私たちは依然として「ノイズの多い中規模量子時代」の真っただ中にいます。しかしながら、より高度で安定したマシンを構築するために必要な要素の多くは、今まさに整い始めています。
火曜日に開催されたMicrosoft Ignite 2024カンファレンスにおいて、MicrosoftとAtom Computingは、フォールトトレラントな量子コンピューティング実現に向けた新たなブレークスルーを発表しました。両社は、レーザーで固定された中性原子を用いて、24個の論理量子ビットをエンタングルメント（量子もつれ）させました。両社によると、これは記録上最大のエンタングルメントされた論理量子ビット数です。（量子アルゴリズムの実行に使用できる論理量子ビットを生成するには、多数の物理量子ビットが必要です。）
おそらく同じくらい重要なのは、このシステムが、物理的な量子ビットを構成する中性原子の 1 つが消失したとき (その厄介な傾向がある) を検出し、それを繰り返し修正できたことだ。
両社は、この技術をベースにした量子コンピュータを来年、商用顧客に提供する計画です。これらのマシンは1,000個以上の物理量子ビットを搭載する予定です。
このシステムを用いて、マイクロソフトとAtom Computingは80個の物理量子ビットから20個の論理量子ビットを作成し、それを用いてBernstein-Vaziraniアルゴリズムを実行することに成功しました。これは1990年代に設計された古典的な量子アルゴリズムで、その本質は重ね合わせ（量子ビットが同時に0と1の両方の状態をとる能力）と干渉（重ね合わせの異なる部分が互いに干渉し合うように変換を適用する）の威力を実証するものです。ここでの課題は、0と1のシーケンスである秘密コードを見つけることです。古典的なコンピュータではあらゆる組み合わせを試す必要がありますが、量子コンピュータでは一度にすべての組み合わせをテストできるため、たった1回のクエリでそれを実行できます。
「このハードウェアでこのアルゴリズムを20個の論理量子ビットまで実行し、物理性能を上回る性能が得られることを実証しました。また、このアルゴリズムは従来のものよりも優れた性能も実現しています」と、Microsoft Azure Quantumのテクニカルフェロー兼先端量子開発担当バイスプレジデントであるクリスタ・スヴォア氏は述べています。「つまり、これらの論理量子ビットを用いた計算能力を示し、さらにこれらの量子ビットを用いて繰り返し損失補正も実行できることを示しました。」
スヴォレ氏は、Azure Quantum Compute プラットフォームが量子ビット仮想化システムを提供している点を指摘しました。これにより、チームは特定の量子プロセッサに最適化された量子エラー訂正を設計できます。これは、マイクロソフトがQuantinuumで12個の論理量子ビットを実現した最近の進歩の原動力でもありました。この仮想化システムと、Atom Computingの中性原子を用いた研究の着実な進歩が相まって、これらの最近の進歩を可能にしたとスヴォレ氏は述べました。
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しかし、中性原子を扱うのを難しくしている要因の一つは、これらの原子が時として消えてしまうことです。これは、すべての量子コンピューターが対処しなければならない通常のノイズ問題に加えて発生します。原子の1つが消えたことに気づくこと自体が課題です。システムに原子をロードした直後に画像を撮影し、すべての原子が所定の位置に配置されているかどうかを確認できます。その後、システムの動作中に発光を検出することで、原子が正しい位置にあるかどうかを確認できます。
「原子が失われた場合、それが起こったことを把握し、その損失を補正できるようにしたいのです」とスヴォレ氏は述べた。「計算を停止することなく、その損失を克服できるようにしたいのです。これが、私たちが量子ビット仮想化システムにもたらす重要な要素です。このタイプのハードウェアに現れる損失メカニズムを考慮して仮想化システムを設計しました。これにより、量子ビット仮想化システムにおいて、損失を検出し、補正することで、損失に対抗できるのです。」
同氏によれば、こうした損失修正が実証されたのは今回が初めてだという。
両社は、来年商用化予定のマシンで1,000個以上の物理量子ビットをサポートする計画です（現在のシステムはすでに最大256個をサポート）。論理量子ビットの数については、ある程度の柔軟性が確保されています。
「量子コンピューティングにおいて既に重要なマイルストーンを達成してきたマイクロソフトとの協業を継続できることを大変嬉しく思います」と、Atom Computingの創業者兼CEOであるベン・ブルーム氏は述べています。「当社の最先端の中性原子量子ビットとマイクロソフトの量子ビット仮想化システムを組み合わせることで、商用量子マシン上で信頼性の高い論理量子ビットを提供できるようになります。このシステムは、化学や材料科学を含む複数の分野における急速な進歩を可能にするでしょう。」
フレデリックは2012年から2025年までTechCrunchに在籍していました。また、SiliconFilterを設立し、ReadWriteWeb（現ReadWrite）にも寄稿しています。フレデリックは、エンタープライズ、クラウド、開発者ツール、Google、Microsoft、ガジェット、交通機関など、興味のあるあらゆる分野をカバーしています。
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