量子コンピューティングは、現在よりもはるかに強力なマシンを提供してくれるかもしれないが、その道のりはまだ長い、とこの分野のリーダーたちは言う。
チャットGPTのようなシステムの驚異的な能力を駆動し、私たちの日常生活に急速に浸透しつつある。
人間の創造性を模倣しようが、共感的なカウンセラーとして振る舞おうが、官僚的な仕事を排除しようが、生成的AIはその潜在的な利益に対してかつてないほどの熱狂をもたらした。
同様に懸念されるのは、起こりうる負の側面である。壊滅的な雇用の喪失、広範な偽情報、さらには-憂慮すべきことに-人類の絶滅さえも。この最後の可能性がどんなに遠くにあるように見えても、今日最も衝撃的なAIの見出しはすぐに脚注に追いやられるかもしれない。
その手前で待っているのは、GPT革命に代表される変化のペースを上回る可能性を秘めた技術であり、AIが単なるセンセーショナルなものから大規模かつ普遍的な変革へと進歩するために必要なロケット燃料を提供する可能性を秘めた技術である。
ひとたび量子コンピューターが稼働すれば、処理速度は指数関数的に向上し、物事の複雑な分子構造（つまり、実質的にあらゆるものの化学的構造）から、システム（経済、都市における人々の動き、天候など）が無限のようでいて予測不可能な方法で相互に作用し合う様子に至るまで、世界に対する我々の理解を飛躍的に向上させるだろう。
そして、ガンやアルツハイマー病などの病気を治療したり、地球環境を救うクリーンエネルギーを生み出したりする道が開かれるかもしれない。量子コンピューティングの黄金の可能性は、あまりにも壮大すぎて抗うことはできない。
さらに、量子コンピューティングはAIを自然に補完するものだ。AIが自己改善と失敗からの学習能力をもたらす一方で、量子コンピューターはスピードとパワーを追加する。
グーグルCEOのスンダル・ピチャイは、「AIは量子コンピューティングを加速させ、量子コンピューティングはAIを加速させることができる」と述べており、レノンとマッカートニーがポピュラー音楽に対して行ったように、人工知能に対して行うことを約束するパートナーシップの種をまいている。
何十年もの間、知的機械は “AIの冬 “にあった。チェスやクイズゲームで人間を打ち負かすことはできたが、すぐに過大評価され、潜在能力をフルに発揮することはできなかった。
2000年代半ばから始まったジェネレーティブAIの最近の急速な進歩は、機械学習の春がついに到来したことを多くの人に示している。
香港大学の量子コンピューティング＆インフォメーション・イニシアティブのディレクターであるジュリオ・チリベラ教授は、「このミレニアムにおける科学技術の最も壮大な成果のひとつ、つまり人類の知の創意工夫と向上心におけるマイルストーン」となりうる量子コンピュータについても、同じパターンの進歩が間もなく起こるかもしれない、と語る。
これを実現するために、民間企業や政府によって世界中で数十億ドルが費やされている（1980年代半ばからの中国の量子コンピューターへの投資額は約250億ドルと推定されている）が、それは容易なことではない。
というのも、量子コンピュータは、今日のデジタル状況を形成し、私たちが依存するようになったスマートフォン、ラップトップ、デスクトップ、あるいは企業のスーパーコンピュータ（総称して「古典的コンピュータ」と呼ばれる）とは似ても似つかないからだ。
古典コンピュータの通常の「ビット」（2進数：情報の最小単位）の代わりに、量子コンピュータは「量子ビット」（qubits）で構築されている。
ビットはオンかオフのスイッチのようなものだが、量子物理学の基本的に奇妙な性質（不確定性と確率の領域）のおかげで、量子ビットはオンとオフの両方を同時に、また非常に多様な中間状態をとることができる。
これは不可能に聞こえるが、これが素粒子の振る舞いであり、量子ビットは原子や素粒子でできている。
量子ビットのスケールと不確実な性質を考えると、正確で再現性のある方法で制御するのは極めて難しい。このため、チリベラは「本物の量子コンピュータを作るのは、まだ途方もない挑戦だ」と主張している。
量子ビットは本質的に壊れやすいため、人間の観察であれ、近くの粒子との相互作用であれ、外部からの干渉から隔離しておく必要がある。
一度危険にさらされると、量子ビットは「デコヒーレンス」状態になり、量子研究所の専門用語で言うところの「ノイズ」になる。
このノイズ問題への対処は、量子コンピューター科学者が直面する主な困難のひとつである。揮発しやすい量子ビットを制御する1つのアプローチは、量子ビットを絶対零度（摂氏マイナス273度／華氏マイナス460度、宇宙で最も寒い場所とほぼ同じ温度）に近い温度に保つことである。
このような要件を考えると、量子ラップトップを職場に持ち込む人はすぐに現れないだろう。しかし研究室では、量子コンピューティングの巨大な可能性の片鱗が見え始めている。
最終的な目標は、情報を直線的に処理する古典的なコンピューターよりもスピードとパワーを指数関数的に向上させることだ。一方、個々の量子コンピューターは、同時に多数の計算を並行して実行するように設計されている。
もちろん、古典的なコンピュータを何台も接続して並列に動作させることは可能だが、どのような配置でも強力な量子コンピュータ1台を上回る速度は得られない。古典的なスーパーコンピューターなら何千年もかかるような複雑な計算も、量子コンピューターなら理論的には数分で完了する。
この仕組みを理解し、量子コンピューターの潜在的な影響力を実感するためには、量子物理学の背景を少し知っておくと役に立つ。
量子力学のミクロの世界を最初に垣間見たのは、20世紀前半のアルベルト・アインシュタイン、ニールス・ボーア、エルヴィン・シュレーディンガー、ヴェルナー・ハイゼンベルクらの数学と精神実験からだった。
彼らが説明した現実は、彼ら自身が認めているようにさえ、理解することはほとんど不可能だった。
1992年に出版された著書『最終理論の夢』の中で、作家であり物理学者でもあった故スティーヴン・ワインベルクは、量子論が提示するヴィジョンを説明するのに、ワーグナー神話を用いることに正当性を感じていた。
世界で最も著名な科学者の一人が、量子の世界観に魔法を見出したという事実が、その魅力と驚異的な可能性を物語っている。
量子の世界は非常に奇妙で直感に反する。というのも、原子以下のレベルでの物事の振る舞いが、非常に奇妙で直感に反するからである。
アイザック・ニュートンとアインシュタイン以前の古典力学によって確立された “機械論的 “宇宙観は、比較的論理的で理解しやすいものであった。現実の量子論的な見方は、ニュートン的なものよりもはるかに不可解で直感的ではないが、私たちはそれを受け入れる必要がある。
「物理学者のリチャード・ファインマンは、量子理論をコンピューティングに応用することが初めて真剣に検討された1981年に、「自然は古典的なものではない。
量子の現実の曖昧な性質を理解するためには、量子コンピュータという新しい種類のコンピュータが必要だとファインマンは示唆していたのだ。
量子コンピュータでは、量子力学の最も奇妙な2つの側面である「重ね合わせ」と「もつれ」が重要な役割を果たす。
量子重ね合わせは、量子ビットに “オンとオフが同時に起こる “という性質を与え、量子もつれは量子コンピュータに巨大なパワーを与え、処理能力を古典的なコンピュータを超える指数関数的なレベルまで向上させる。
この2つの特性は、私たちの身の回りにある世界と比較すると、極めて奇妙なものである。粒子の測定と観測に関係する重ね合わせは、一連の色彩豊かな思考実験を生み出した。最も有名なのはシュレーディンガーの猫（前述のエルヴィンにちなんで命名）で、箱の中に閉じ込められ、目に見えず、理論的には生きていると同時に死んでいる。
エンタングルメントとは、一対の粒子がどんなに離れていても、それらを一つの物体として統合する性質を共有できるというものである。
エンタングルメントはアインシュタインにとっても難題であり、彼はそれを「遠くの幽霊のような作用」と呼んだが、発見から100年、エンタングルメントが実在することが実験で証明された。
重ね合わせとエンタングルメントの検証可能な効果のおかげで、量子コンピューターのアイデアは、少なくとも理論的には可能性の領域に入った。
しかし、現実世界で量子コンピュータを作るには、量子力学の知識以上のものが必要である。実用的な量子マシンに向けた最大の進歩、つまり一種の「ユーレカ」モーメントは、数学、そしてマサチューセッツ工科大学（MIT）のピーター・ショー教授（応用数学）が開発した画期的なアルゴリズムによってもたらされた。
1994年、ショーは「ショーのアルゴリズム」として不朽の名声を誇るアルゴリズムを開発し、ファインマンが想像していた量子コンピュータの命令を実質的に提供した。
言い換えれば、彼は量子ハードウェアを設計するためのソフトウェアを書き、そうすることで実生活に役立つ量子デバイスの競争を始めたのである。
世界最高の量子コンピューターを作ることを使命とするIonQ社の共同設立者兼最高技術責任者（CTO）であるジュンサン・キムは、20年近く量子ビットの製造と制御の課題に没頭してきた。
「量子ビットの汚い秘密は、好きなだけ量子ビットを作ることはできるが、シリコンや砂浜にある砂がコンピューターではないのと同じように、量子ビットは量子コンピューターではないということだ。
「まず、コンピュータに何をすべきかを指示できなければなりません。次に、コンピュータが確実に正しい答えを出さなければなりません。量子コンピュータの課題は、誤差がまだ大きいことです。
「実際に量子コンピュータに特定の計算を指示するとき、コンピュータのハードウェアは完璧ではなく、ある時点でノイズに圧倒され、単にランダムな計算をしてしまう。
“量子コンピューターがランダムなことをすると、量子ビットがいくつあっても、無効な結果を得ることになる”
しかし、無効な量子ビットの結果に対する解決策は比較的単純である。大方の予想では、量子コンピュータの処理能力の約90％は量子ビットのエラー訂正に向けられなければならない。
量子コンピューター科学者にとって朗報なのは、適切なアルゴリズムがあれば、このようなことは十分に可能だということだ。「パサデナにあるカリフォルニア工科大学（Caltech）の量子情報物質研究所の数理物理学者スピロス・ミハラキスは言う。
「我々が量子エラー訂正と呼んでいるのは、エラーを見つけて訂正し、計算を続けるというものです」。
IonQは、有用な量子コンピュータの開発競争をリードする企業のひとつであり、希土類元素（イットリウム）の原子を電磁場で捕獲して固定する、いわゆる “トラップド・イオン “方式を採用している。
「キムは、「この10年の半ばまでには」測定可能な進歩を遂げたいと考えている。
IonQのトラップされたイオン技術は、量子コンピューティングへのいくつかのアプローチのひとつであり、それぞれが異なるタイプのハードウェアと異なる種類の量子ビットに依存している。
宇宙学者のアンドリュー・ポンツェンが新著『箱の中の宇宙』で説明しているように、「正確なハードウェアはほとんど関係ない。
アマゾン・ウェブ・サービス、グーグル、IBM、インテル、アリババ（サウスチャイナ・モーニング・ポストのオーナー）、バイドゥなど、多くの有名企業が開発中のいわゆる超伝導量子ビット・マシンは、揮発性の量子ビットを制御するために設計された、シャンデリアのような冷却構造を含むハードウェアとして注目を集めている。
「ファインマンが教鞭をとり、ショーが学んだカリフォルニア工科大学のキャンパスで会うと、ミシャラキスは言う。
「ファインマンが教鞭をとり、ショーが学んだカリフォルニア工科大学のキャンパスでミハラキスと会った。
理論物理学者のアレクセイ・キタエフが独自に開発した量子ビットへの全く異なるアプローチ、すなわちトポロジカル量子コンピューティングは、マイクロソフトが自社の量子への野望の基礎として使用している。
いずれの方法が先に成功するか、あるいは量子ハードウェアの最適解が別のところにあるかは別として、物質的な課題や耐障害性を克服するのは容易ではない。
しかし、量子コンピューターが完全に機能するようになれば、ミハラキスが「信じられないような」ことができるようになるだろう。例えば、バッテリー技術が大幅に改善されるかもしれない。
その利点を見越して、自動車業界はすでに量子コンピューター分野のパイオニアと協力している。
ダイムラーはIBMと、フォルクスワーゲンはD-ウェーブ・システムズ（カナダの量子コンピューティング企業）と、現代自動車はIonQと提携している。
「バッテリーのエネルギー密度をさらに2倍、3倍、4倍と高めることができれば、1回の充電で480キロメートルのところを600キロメートル、1,200キロメートル走ることができます」とキムは言う。「そうなれば、化石燃料よりもはるかに魅力的な存在になります。そうなれば、地球温暖化をはじめとする諸問題に影響を与えることができるのです」。
窒素をアンモニアに変換するバクテリアの酵素であるニトロゲナーゼに関する量子コンピューターによる知識の向上は、我々の生活に大きな変化をもたらす可能性がある、とキムは言う。
「窒素をアンモニアに変換する古典的な方法として、ハーバー・ボッシュ・プロセスというものがあります。
バクテリアはこれを室温で行うのですが、あまりに複雑なため、私たちはその核心的な力学を理解していないのです」。
「もしこれが本当に理解できれば、現在肥料製造に使われているエネルギーの10％を節約できるということですか？もちろんです」。
同様に、炭素隔離の謎も量子コンピューターによって解明されるかもしれない。
分子レベルでの薬物設計に革命が起こり、ワクチンや、たとえば個別化がん治療などに新たな可能性が開けるかもしれない。
間違いない：効果的な量子コンピューターがあれば、化学プロセスの理解は神の域に達するかもしれない。金融と投資も量子ビットによって革命が起こるかもしれない。市場を変動させる要因は非常に多岐にわたるため、起こりうる結果はほぼ無限大であり、量子コンピューターではこれらの可能性をモデル化することは比較的簡単である。
市場の動きの予測はより正確になるだろう。私が起業家に言っているように、あなたのビジネスのロジスティクスに現在必要なアルゴリズムが何であれ、それを駆動できる量子アルゴリズムが理論家によって開発されているかどうか調べてみてください」とミシャラキスは言う。
“それは人生にとってどれほど大きな変革になることでしょう”」とミシャラキスは言う。
今のところ、われわれはNISQ時代（量子ノイジー・インターミディエイト・スケール）に留まっている。量子コンピュータが古典的なコンピュータに対して明らかに大きな優位性を示す、量子至上主義のブレークスルーの瞬間を待っているのだ。
Googleは53量子ビットのSycamoreマシンで、2019年に早々と量子の覇権を主張したが、ミシャラキスによればまだ素晴らしいマイルストーンである。
「中国科学技術大学のPan Jianwei教授率いるチームは、Jiuzhangと呼ばれる光ベースの量子コンピュータが、当時知られていた最高の古典アルゴリズムよりも高速なコンピューティングを実現するという画期的な実験を行いました」とChiribellaは言う。
「この実験は、古典的な総当たりシミュレーションと比較して、約1兆兆倍のスピードアップを達成しました。今日、この実験は、量子の覇権を追求する上での大きなマイルストーンのひとつと広くみなされています」。
2021年、パンは66量子ビットの量子プロセッサー「Zuchongzhi」で超伝導量子ビットのアプローチを採用した。
しかし、量子コンピューターが完全に高揚する瞬間は、まだ普遍的に受け入れられてはいない。観測者たちは、量子コンピューター時代の偉大な夜明けが遅れている証拠として、覇権を決定するために使用される計算の選択的性質と、エラー訂正の進行中の課題を強調している。
「量子覇権には2つの課題があります。「ひとつは達成することであり、もうひとつは達成したことを確実に知ることである。
ミハラキスは、この分野の多くの専門家と同様、忍耐を実践している。「私たちは、興奮の流れを受け止め、それを誇張からより深く、より思慮深い研究へと導くことのできる明晰な頭脳を世に広めようとしているのです」と彼は言う。
「私は極端な楽観主義者です。あなたが何を望んでも、宇宙は与えてくれる。
古典的なコンピュータが得意とするタスクはたくさんあり、量子コンピュータに頼るのは理にかなっていません」。
IonQ共同設立者兼最高技術責任者、ジュンサン・キム氏
アルゴリズムの第一人者であるショーは、強力な量子コンピューターが登場するまでにどれくらいの時間がかかるのかという質問に対し、現実的かつ慎重なアプローチを取る。「量子コンピューターは改良を続け、最終的には、おそらく20年か30年後には、本当に有用なことができるほどの大きさになると信じています。「私たちが賢ければ、そんなに長くはかからないかもしれません。しかし、いくつかのブレークスルーが必要だろう。
次のブレークスルーを待つ間、量子コンピューティングの当面の未来はどうなるのだろうか？
「これらの方法論の多くは、我々が探求していくうちに、ハイブリッドな問題になると思います」とキムは言う。
「古典的なコンピューターが得意とするタスクはたくさんありますが、量子コンピューターに頼るのは意味がありません。私は、古典的な計算能力という点で、我々が持っているすべての弾薬を使うべきだと思います。
多くの人が勘違いしていることのひとつは、量子コンピューターは古典コンピューターができることは何でもできると思っていることです。そして、量子コンピューターで高速化できるのは、特定の問題だけであることが判明した。それゆえ、キムが提案したようなハイブリッド・アプローチの可能性がある。
このロードマップが私たちをどこに連れて行くかは推測の域を出ないが、すべてのシナリオは、最近のジェネレーティブAIの台頭でおなじみとなった、将来性と危険性のバランスに基づいている。
例えば、量子コンピューターは現在のデータ暗号やサイバーセキュリティの暗号を解読することはほとんど困難ではないだろう。予防措置として、量子デバイスによる将来のサイバー攻撃に対抗するためのツール（まだ未製作）がすでに設計されている。
一方、量子コンピューターが生成する新しいタイプの暗号鍵は、現在のプロトコルよりもはるかに安全である可能性がある。したがって、量子の成功が計算優位の状態にどのような影響を与えるかは、その到着の時と場所によるだろう。
量子コンピューターとAIのパートナーシップに思いを馳せるときにも、諸刃の剣の光が現れる。
理論物理学者のミチオ・カクが最新刊『量子至上主義』の中で書いているように、「AIは複雑な新しいタスクを学習する能力を持ち、量子コンピュータはそれに必要な計算能力を提供することができる［……］」。
「実際、この2つの融合は科学のあらゆる分野に革命をもたらし、私たちのライフスタイルを変え、経済を根本的に変える可能性がある。
「AIは、人間の能力を模倣し始める学習マシンを作る能力を与え、量子コンピュータは、最終的に知的マシンを作るための計算能力を提供することができる。
テストでは、AIに必要なある種の計算を、世界最速のスーパーコンピューターの1億8000万倍の速さで実行したのだ。
たとえノイズやエラーがあったとしても、九藏は素晴らしい結果を出すことができる。ついに量子の冬を置き去りにできる日を見ようと決意している人々の間では、大きな楽観論が巻き起こっている。
それまでは、世界の量子パイオニアたちの研究室から、哲学的に深遠な何かが私たちの共通意識に浸透し始めていることを実感することに専念しよう。
量子物理学は、他の誰よりも優れている基本的な視点など存在しないのだから、可能な限りあらゆる視点を占めるべきだと教えてくれる。
スピロス・ミハラキス、カリフォルニア工科大学量子情報物質研究所
多くの物理学者や数学者にとって、機能的で画期的な量子コンピューターへの道のりの各段階は、現実の本質をより深く理解するという、さらに深い目標を認識することを前提としている。
これはまた、理解の本質そのものを再考する必要があることを意味する。
「量子物理学における革命は、視点をコペルニクス的に変えることです」とミシャラキスは言い、量子ビットのあり得ない本質に込められた膨大な可能性の雲を呼び起こす。
「量子物理学は、基本的な真理は存在しないのだから、可能性のあるすべての視点を占めなければならないと教えてくれる。誰もがつながっている。誰もがつながっている。
ミハラキスにとって、量子ビット、数学、哲学のこの融合は極めて重要であり、啓蒙的であり、私たちの量子宇宙においては必然的なものである。真理の探究？それは間違っている。もし唯一の真実がないのなら、そして共通の真実という幻想しかないのなら、真実を求めるべきではない。理解を求めるべきだ。”SCMPより
