マイクロソフトは量子コンピューティングと従来コンピューティングの統合を容易にする

デフォルトでは、すべての量子コンピューターは量子コンピューティングと従来コンピューティングを組み合わせたハイブリッドになります。マイクロソフトは、世界で最も差し迫った問題のいくつかを解決できる量子コンピューターには、少なくとも 100 万個の安定した量子ビットが必要であると見積もっています。このようなマシンを制御し、安定性を維持するために必要なエラー訂正アルゴリズムを処理するには、膨大な従来型コンピューティング能力 (実際にはクラウドでのみ利用可能) が必要になります。実際、マイクロソフトは、必要なフォールト トレランスを実現するには、量子コンピューターと従来型マシン間で移動する 10 ～ 100 テラビット/秒のデータ処理が可能なペタスケールのコンピューティング プラットフォームと量子コンピューターを統合する必要があると見積もっています。ラスベガスで開催されている米国物理学会 3 月大会で、マイクロソフトは本日、この機能を実現するための取り組みの一部を公開し、Azure Quantum の「統合ハイブリッド」機能を発表しました。

「この統合ハイブリッド機能により、量子アプリケーション内で、量子コードと並行して古典コードを利用できるようになります」と、マイクロソフトの高度量子開発担当副社長、クリスタ・スヴォレ氏は語った。「古典コードと量子コードを融合することで、新しいタイプ、新しいスタイルの量子アルゴリズム、プロトタイプ、サブルーチンなどが可能になり、古典情報に基づいて量子ビットへの処理を制御できるようになります。これは業界初の試みです。」

これは古典コンピューティングと量子コンピューティングを融合させる一歩であると同時に、新たなエラー訂正プロトコルの実現にもつながると彼女は主張した。この膨大な古典コンピューティングなしには、少なくとも近い将来においては、量子マシンを効果的に制御することは不可能だろう。

「おそらく、量子マシン、量子コンピューティングを大規模に導入できるのはパブリッククラウドだけでしょう。なぜなら、そのレベルの規模の従来型コンピューティングを量子マシンに統合することが非常に重要だからです」とスヴォレ氏は説明した。彼女はこのプロセスをダンスに例え、従来型コンピューティングが100万個の量子ビットを同時に動作させる振り付けを手伝う様子を描写する。「すべての量子ビットが小さなスクエアダンス、あるいはヘキサゴンダンスを踊っているようなものです」。しかし、それを実現するには、これらすべての量子ビットと同時に通信する必要があり、膨大なコンピューティング能力と帯域幅が必要となる。

スヴォレ氏はまた、量子マシンに送られるアルゴリズムを構築するには大量の従来型計算が必要であり、特定の計算を実行するのにも数週間かかる可能性がある（また、そのフィードバック ループも何度も発生する可能性がある）と主張しています。

この新しい統合ハイブリッド機能により、マイクロソフトは開発者や研究者に、量子と古典の融合が実際にどのようなものになるかを検証するためのツールを提供します。具体的には、スヴォレ氏によると、例えば量子コンピューティングツールキットの主要アルゴリズムである位相推定アルゴリズムのバージョンを実行できるようになるとのことです。研究者はまもなく、Azureで利用可能なQuantinuumハードウェアを使用してこれをテストし、例えば量子マシンから返されたデータに古典コンピューターを反応させることが可能になります。これまではこれらの多くは理論的なものでした。しかし、これからはハードウェアで実現可能になります。

時が経つにつれ、量子コンピューティングを実現する上での従来型コンピューティングの役割は、業界でより広く理解されるようになりました。もちろん、マイクロソフトは、自社の大規模クラウドによって、これらのマシンを制御するために必要な従来型コンピューティング能力を提供できると主張しています。もちろん、市場における唯一のプレーヤーはマイクロソフトではなく、Amazon、Google、IBMなどの企業も、自社の大規模データセンターに量子プロセッサを統合することが可能です。