ビットではなく量子ビット: 量子コンピューターは私たちにどのような未来を用意しているのでしょうか?

私たちの時代の主要な科学的課題の XNUMX つは、最初の有用な量子コンピューターを作成する競争です。 何千人もの物理学者やエンジニアが参加しています。 IBM、Google、Alibaba、Microsoft、Intel がコンセプトを開発中です。 強力なコンピューティング デバイスは私たちの世界をどのように変えるのでしょうか?なぜそれがそれほど重要なのでしょうか?

ちょっと想像してみてください。本格的な量子コンピューターが作成されました。 それは私たちの生活に馴染み深い自然な要素となっています。 古典的な計算は現在、学校の歴史の授業でのみ話されています。 冷たい地下室のどこか深くで、強力なマシンが量子ビットで動作し、人工知能ロボットに電力を供給しています。 彼らは危険で単純な単調な作業をすべて実行します。 公園を歩いていると、周りを見渡すとさまざまな種類のロボットが見えます。 人型の生き物は犬の散歩をしたり、アイスクリームを売ったり、電気配線を修理したり、地域の掃除をしたりします。 一部のモデルはペットを置き換えます。

私たちは宇宙のすべての秘密を明らかにし、自分自身の内側を見つめる機会を得ました。 医学は新たなレベルに到達しており、革新的な薬が毎週開発されています。 ガスや石油などの希少資源がどこにあるかを予測し、特定することができます。 地球温暖化の問題は解決され、エネルギー節約方法は最適化され、都市の交通渋滞はなくなりました。 量子コンピューターはすべてのロボットカーを制御するだけでなく、自由な移動を保証します。道路の状況を監視し、ルートを調整し、必要に応じてドライバーの制御を引き継ぎます。 これが量子時代の姿かもしれません。

クォンタムゴールドラッシュ

応用の見通しは素晴らしいため、量子開発への投資は年々増加しています。 世界の量子コンピューティング市場は、81,6 年に 2018 万ドルと評価されました。 Market.usの専門家らは、2026年までに381,6億21,26万ドルに達すると予想している。 つまり、2019年から2026年にかけて年平均XNUMX％増加することになります。

この成長は、セキュリティ アプリケーションにおける量子暗号の使用の増加と、量子コンピューティング市場の関係者からの投資によって促進されています。 科学誌ネイチャーの分析によると、今年初めまでに民間投資家は世界中で少なくとも52社の量子技術企業に資金を提供していた。 IBM、Google、Alibaba、Microsoft、Intel、D-Wave Systemsなどの大手企業は、実用化可能な量子コンピュータの開発に苦戦している。

はい、毎年この分野に流入する資金が少額の支出に相当する限りは可能です (2018 年の AI 投資は 9,3 億ドルと比較)。 しかし、これらの数字は、まだ業績指標を誇っていない未熟な業界にとって重要です。

量子問題を解く

現在、このテクノロジーはまだ初期段階にあることを理解する必要があります。 量子マシンのプロトタイプと単一の実験システムしか作成できませんでした。 これらは、複雑さの低い固定アルゴリズムを実行できます。 最初の 2 量子ビット コンピューターは 1998 年に作成され、人類はそのデバイスを適切なレベル、いわゆる「量子超越性」に到達させるのに 21 年かかりました。 この用語はカリフォルニア工科大学のジョン・プレスキル教授によって造られました。 そしてそれは、最も強力な古典的なコンピューターよりも速く問題を解決できる量子デバイスの能力を意味します。

この分野で画期的な進歩を遂げたのは、カリフォルニアの企業である Google です。 2019年53月、同社は200量子ビットのSycamoreデバイスが、最先端のスーパーコンピューターが完了するまでに10万年かかる計算を000秒で完了したと発表した。 この発言は多くの物議を醸した。 IBMはそのような計算には断固として反対した。 同社はブログで、Summit スーパーコンピューターはこのタスクに 2,5 日で対処できると書いている。 必要なのは、ディスク ストレージ容量を増やすことだけです。 実際にはその差はそれほど大きくありませんでしたが、確かに Google が最初に「量子超越性」を達成しました。 そしてこれはコンピュータ研究における重要なマイルストーンです。 しかし、それ以上は何もありません。 シカモアの偉業は純粋にデモンストレーションを目的としたものです。 これには実際的な応用はなく、実際の問題を解決するのには役に立ちません。

主な問題はハードウェアです。 従来の計算ビットの値は 0 または 1 ですが、奇妙な量子の世界では、量子ビットは同時に両方の状態になる可能性があります。 この性質を重ね合わせといいます。 量子ビットはコマのようなものです。時計回りにも反時計回りにも回転し、上下に動きます。 これがわかりにくいと思われる場合は、あなたは素晴らしい仲間です。 リチャード・ファインマンはかつてこう言いました。「量子力学を理解しているつもりなら、あなたはそれを理解していないのです。」 量子力学でノーベル賞を受賞した男の勇敢な言葉。

したがって、量子ビットは非常に不安定で、外部の影響を受けやすいのです。 研究室の窓の下を通過する車、冷却システムの内部騒音、飛行する宇宙粒子など、あらゆるランダムな干渉や相互作用によって、それらの同期性が破壊され、デコヒーリングが発生します。 これはコンピューティングにとって有害で​​す。

量子コンピューティングの開発における重要な問題は、多くの研究が行われているハードウェア ソリューションのうち、どのハードウェア ソリューションが量子ビットの安定性を保証するかということです。 コヒーレンス問題を解決し、量子コンピューターを GPU と同じくらい普及させた人は、ノーベル賞を受賞し、世界で最も裕福な人になるでしょう。

事業化までの道のり

2011 年、カナダの企業 D-Wave Systems Inc. は量子コンピューターを最初に販売した企業ですが、その有用性は特定の数学的問題に限定されています。 そして今後数か月以内に、何百万人もの開発者がクラウドを通じて量子プロセッサの使用を開始できるようになります。IBM は、その 53 量子ビット デバイスへのアクセスを提供すると約束しています。 これまでのところ、Q Network と呼ばれるプログラムの下で 20 社がこの特典を受けています。 その中には、機器メーカーのサムスン電子、自動車メーカーのホンダモーターとダイムラー、化学会社のJSRとナガセ、銀行のJPモルガン・チェースなどが含まれる。 そしてバークレイズ。

現在、量子コンピューティングを実験しているほとんどの企業は、量子コンピューティングが将来に不可欠な部分であると考えています。 彼らの現在の主な使命は、量子コンピューティングで何が機能し、何が機能しないのかを見つけることです。 そして、テクノロジーの準備が整ったら、誰よりも早くビジネスに導入できるように準備してください。

運輸機関。 フォルクスワーゲンは、D-Wave と協力して、量子アプリケーション、つまり交通管制システムを開発しています。 この新しいプログラムにより、大都市の公共交通機関やタクシー会社は車両をより効率的に利用し、乗客の待ち時間を最小限に抑えることが可能になります。

エネルギー部門。 エクソンモービルとIBMは、エネルギー分野での量子コンピューティングの利用を推進している。 彼らは、さまざまな新エネルギー技術の開発、エネルギー効率の向上、温室効果ガス排出量の削減に重点を置いています。 エネルギー部門が直面する課題の規模と複雑さは、今日の従来型コンピューターの範囲を超えており、量子コンピューターでのテストに適しています。

製薬会社。 Accenture Labs は、量子ソフトウェア会社 1QBit と提携しています。 わずか 2 か月で、彼らは研究から概念実証、つまりアプリケーションを使用して複雑な分子相互作用を原子レベルでモデル化するまでに至りました。 量子コンピューティングの力のおかげで、より大きな分子を分析できるようになりました。 これは社会に何を与えるのでしょうか？ 副作用が最も少ない革新的な薬。

金融部門。 量子理論の原理に基づいたテクノロジーは、銀行の関心をますます集めています。 彼らは、トランザクション、取引、その他の種類のデータをできるだけ早く処理することに関心を持っています。 バークレイズと JP モルガン・チェース (IBM と提携)、およびナットウエスト (富士通と提携) は、すでに専用ソフトウェアの開発実験を行っています。

このような大企業による受け入れと進取的な量子パイオニアの出現は、量子の商業的実現可能性を雄弁に物語っています。 私たちはすでに、エネルギー効率の改善から車両ルートの最適化に至るまで、量子コンピューティングが現実世界の問題に適用されているのを目の当たりにしています。 そして重要なことは、テクノロジーの価値は発展するにつれて増加するということです。

出所： habr.com