IBM Quantum Networkの独立研究者たちが、IBM Nighthawk量子プロセッサフレームワーク上での実世界アプリケーションを検証する2つの独立した技術研究を発表した。RPI-IBM Future of Computing Research Collaborationを通じて調整されたこれらの査読論文は、粒子物理学シミュレーションとグラフベースのサイバーセキュリティ最適化ワークロードにわたる、スケーラブルでハードウェアネイティブな実行を実証している。両方のマイルストーンは、ネットワーク全体にわたる分散型学術協力を通じて達成され、IBMエンジニアリングからの直接的な運用介入なしに、実用規模の超伝導量子ハードウェア上で再現可能なソフトウェアパイプラインを確立した。
最初の研究は、Rensselaer Polytechnic Institute、Stony Brook University、University of Washington、およびBrookhaven National Laboratoryにまたがる協力により、核子と反核子の相互作用を追跡する量子シミュレーションを実行した。研究チームは、粒子物理学のゲージ理論の解決可能な2次元バージョンを、核子と反核子が特殊な局在励起に対応する相互作用スピン鎖モデルにマッピングした。このノンパータベーティブシミュレーションをIBM Nighthawkプロセッサ上で実行するため、チームは変分基底状態を準備し、隣接する物理補助量子ビットセットを使用して非ユニタリ文字列演算を実装した。差分の差分に基づく標的エネルギー推定器を構築することで、システムは構造化誤差相殺を活用し、周囲のハードウェアノイズにもかかわらず、シミュレートされた粒子間の引力相互作用ポテンシャルの分離に成功した。
並行するエンジニアリング研究では、Rensselaer Polytechnic InstituteとMarist Universityの研究者が、デジタルネットワーク侵入に対する防御に変分アルゴリズムを使用するハードウェアの実行可能性を評価した。ワークフローは、アクティブなハニーポットトラップシステムから生のネットワークログを取り込み、それらをグラフ最適化問題として構造化する自動パイプラインを確立する。時間的二部グラフを作成することで、通信イベントは量子ビットに直接マッピングされ、ネットワーク隔離ポリシーが重み付き最適化課題に変換される。このグラフモデルのカット境界を最大化することで、システムは悪意のあるサービス拒否攻撃ストリームを隔離しながら正当なユーザー通信チャネルを保護する最適化されたトラフィック軽減ポリシーを確立できる。
サイバーセキュリティ研究では、最大110のイベントノードを含む拡張ハニーポットデータセットのスケーリングラダー全体にわたって、固定された浅い量子近似最適化アルゴリズムの実装を展開した。物理プロセッサトポロジーがアルゴリズムの精度に与える影響を評価するため、110量子ビットのワークロードは、グリッドベースのIBM Nighthawkプロセッサとヘビーヘックスレイアウトを含む3つの異なるIBMハードウェアプラットフォーム全体で実行され比較された。ルーティング監査により、Nighthawkアーキテクチャが最も低い構造コンパイルオーバーヘッドを達成し、全体的な2量子ビット演算が最も少なく、最も緊密な相互作用比を示したことが明らかになった。しかし、Heronベースのプロセッサが最も高い目的コスト比を達成し、生のゲートキャリブレーションと低い物理エラー率が構造的ルーティングオーバーヘッドと直接競合して最終的な性能品質を決定することを実証した。
重要なことに、両研究イニシアチブは、現在のノイズの多い量子ハードウェア上で実世界アプリケーションワークフローを評価する際、標準的な最適化メトリクスがすべてを物語るわけではないことを実証している。物理学シミュレーションは、絶対的なハードウェアバイアスを成功裏に洗い流すために多層減算ステップに依存し、一方、サイバーセキュリティフレームワークは、数学的カット比と実際の攻撃検出率および隔離精度を分離する多変数スコアを導入している。古典的ヒューリスティクスがこれらの初期時間的グラフを容易に解決できるため、これらのマイルストーンは量子優位性の主張というよりも、ハードウェアの実行可能性とアーキテクチャベンチマークとして機能する。これらは、物理ハードウェアが拡張を続けるにつれて、より複雑なセキュリティ対応の定式化とオープンソースデータパイプラインの基盤を確立する。
包括的な技術的知見、ハードウェアパラメータ、および機関横断的なデータパイプラインは、粒子物理学シミュレーションとサイバーセキュリティワークフローを扱う公式論文で確認でき、IBM Quantum Networkの更新を通じてさらなる協力的背景情報が入手可能である。
2026年6月20日
