DOEが解説：量子コンピューティング

量子コンピュータは、今日のデジタルコンピュータにおけるビットと同様の役割を果たす量子ビット（「qubit」）で構成されるコンピュータです。量子力学の法則により、量子ビットはビットよりも指数関数的に多くの情報をエンコードすることができます。これらの量子ビットに保存された情報を操作することで、科学者は困難な問題に対して高品質な解を迅速に生み出すことができます。これは、量子コンピューティングが、最大級のスーパーコンピュータでさえ対処が困難な問題を解決する能力に革命をもたらす可能性があることを意味します。科学者は、データベース検索を含むいくつかのアプリケーションにおいて、これらの量子的な高速化を実証してきました。現在、他の応用例を見つけるための競争が続いています。

研究者は、量子コンピュータが、本質的に量子力学的である物理系の特性を計算することに特に優れていると期待しています。これらの応用には、化学触媒として使用される分子が含まれます。これらはサイズが大きいにもかかわらず、量子力学の支配を受けます。また、原子の原子核内部で集まっているクォークとグルーオンも含まれます。量子コンピュータは、膨大な選択肢の中から最適な代替案を選択する最適化問題の解決にも特に適している可能性があります。今日利用可能な量子コンピュータは、小規模でノイズの多いプロトタイプですが、この分野は急速に進歩しています。量子コンピュータは、最先端のエクサスケールコンピュータを超える時代へと移行する中で、まもなくコンピューティング環境の重要な一部となるでしょう。

DOE科学局：量子コンピューティングへの貢献

量子コンピューティング研究への支援は、2017年に先端科学計算研究（ASCR）プログラムで始まり、科学局全体に急速に広がりました。現在の研究ポートフォリオには、核物理学、素粒子物理学、プラズマ科学、化学、材料分野への応用が含まれています。また、量子コンピュータの基本的な構成要素の改善、量子ビット群を最大限に活用するための高度な制御の開発、そして最終的に量子コンピュータをより使いやすくするためのコンピュータサイエンスの研究も含まれています。

量子コンピューティングの事実

• 量子コンピュータは、量子力学の法則を利用して、特定の計算を今日のスーパーコンピュータよりも指数関数的に速く実行します。
• DOE科学局は、量子コンピューティングハードウェアの最先端技術を前進させるために、2つの量子コンピューティングテストベッドを支援しています。
• 量子コンピューティングの応用は、いつか科学と産業の両方に影響を及ぼす可能性があります。
• DOEのASCR Discoveryサイトで、量子コンピューティングについて詳しく知ることや、その他のコンピューティングの進歩について確認できます。

リソースと関連用語

科学用語は紛らわしい場合があります。DOE Explainsは、基礎科学における主要な単語や概念を分かりやすく説明しています。また、これらの概念が、米国が科学の全領域にわたる研究で卓越するのを支援するために、米国エネルギー省科学局が行っている業務にどのように適用されるかについても説明しています。