D-Wave Quantum Inc.(NYSE: QBTS)は、Science誌に掲載された査読付き論文で詳述されているように、実用的な実世界の問題において量子超越性を実証しました。「量子シミュレーションにおける古典計算を超えて」と題されたこの研究は、D-WaveのAdvantage2アニーリング量子コンピュータが、磁性材料の量子力学的挙動のシミュレーションにおいて、オークリッジ国立研究所のFrontierスーパーコンピュータを上回る性能を示したことを明らかにしています。量子コンピュータは数分でこの問題を解決しましたが、スーパーコンピュータでは同じ結果を得るのに約100万年の時間と世界の年間エネルギー消費量以上を必要とします。
国際的な科学者チームによって実施されたこの研究は、材料探索、電子工学、医療画像診断に応用可能なプログラム可能なスピングラス（磁性材料の一種）のシミュレーションに焦点を当てています。D-Waveの量子コンピュータはこれらの材料の挙動を正確にモデル化し、古典的なシステムでは到達できない問題に取り組む能力を実証しました。これは、乱数生成や抽象的なタスクに基づく以前の主張とは異なり、実用的な意義を持つ問題における初めての量子超越性の事例となります。
研究で使用されたAdvantage2プロトタイプは、高速アニーリング機能と改良された量子ビットのコヒーレンス、接続性、エネルギースケールを特徴とし、複雑な問題に対する高品質な解を可能にしています。D-Waveはその後、Advantage2プロセッサのより大規模なバージョンを開発し、シミュレーションを数百から数千量子ビットへとスケールアップしました。同社のLeap™量子クラウドサービスにより、この技術は現在顧客が利用可能となっており、最適化、人工知能、科学研究における潜在的な応用が期待されています。
背景
本研究で重要となる「量子アニーリング」とは、磁性材料などの複雑な系における最低エネルギー状態（最良の解）を見つけるためのアルゴリズムです。自然界では、システムが安定した状態へ移行する過程で、最適な配置や組み合わせが導き出されます。D-Waveの量子コンピュータはこの原理を利用し、従来の古典コンピュータとは異なるアプローチで問題解決を試みます。
また、「スピングラス」は磁性材料の一種であり、原子のスピン（磁気の向き）が互いに矛盾する向きを向こうとする性質を持ちます。このため、どの配置が最も安定した状態なのかを特定するのは非常に困難です。本研究では、このスピングラスの挙動をシミュレーションすることで、実用的な意義を持つ問題における量子超越性を検証しました。
さらに、「量子ビットのコヒーレンス」は、量子状態が外部の影響を受けずに維持される性質を指します。コヒーレンスが高いほど、計算中のエラーが少なく、高品質な解を得やすくなります。Advantage2プロトタイプでは、このコヒーレンスや接続性が改良されており、複雑な問題に対する解の精度向上に寄与しています。
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2025年3月13日
