量子コンピュータ、スーパーコンピュータで110年かかる計算をわずか19秒で実行

61枚のコインを一度に投げることを想像してみてください。ただし、それらのコインは奇妙な量子的な方法で互いに影響を及ぼし合い、投げる前に何十ものランダムに選ばれた操作を通してそれらをかき混ぜます。

次に、その実験を100万回繰り返し、結果として得られる0と1（表と裏）の文字列を記録します。

簡単に言えば、それが研究者がIBMのNighthawk r2量子プロセッサに求めたことです。この実験はランダム回路サンプリングと呼ばれ、現実世界の何か実用的な問題を解決するためのものではありません。その代わりに、科学者たちはこれをストレステストとして利用しています。量子コンピュータは、普通のコンピュータが再現するのが非常に困難な結果のパターンを生成できるのでしょうか？

新しい実験では、研究者は61個の量子ビット（qubits）に対して36ラウンドの操作を適用し、918個の2量子ビット相互作用を行いました。プロセッサはその後、わずか19秒で100万個の結果を生成しました。

何がこれをユニークにしているのか

重要なのは、量子コンピュータが0と1を素早く吐き出せることではありません。どんなノートパソコンでもそれは可能です。課題は、量子回路によって作成されたのと同じ確率パターン、つまり量子ビットが相互作用した後に一部のビット文字列が他のものよりも発生しやすくなる微妙な仕組みを再現することです。

サンフランシスコを拠点とする量子コンピューティングソフトウェアおよびクラウドプラットフォーム企業であるBlueQubitのTigran Sedrakyanが率いる研究者らは、特定の古典的シミュレーション手法を用いて同等の忠実度で100万個のサンプルを生成するには、世界で最も強力なスーパーコンピュータの一つであるFrontierで約110年かかると推定しています。IBMの計算機はこの実験を数秒で完了しました。

まだ査読を受けていないプレプリントで説明されているこの結果は、量子優位性（量子コンピュータが従来のコンピュータの実用的な範囲を超える特定の計算タスクを実行できる時点）に向けた長年の競争における新たなマイルストーンとなります。そして、以前の多くの実証とは異なり、今回は特注の実験装置ではなく、IBMのクラウドプラットフォームを通じて外部の研究者が利用可能な量子プロセッサを使用しました。

計算できない答えをテストする方法

IBMの研究者らは、普通のコンピュータが模倣するのが非常に困難なパターンを生成する必要がありました。彼らの明白な選択は、ランダム回路サンプリングと呼ばれる業界標準のベンチマークを採用することでした。彼らは61個の量子ビットに36ラウンドの操作を施し、量子ビットを繰り返し相互作用させ、もつれ状態にしました。ラウンドを重ねるごとに、起こり得る結果は増大し、基礎となる確率パターンを従来のコンピュータが追跡することは困難になりました。