Doug Finke著
この記事は、量子コンピューティングの分野を見始めたばかりの方々に向けて、現状の概要を提供するものです。さらに詳しく知りたい方には、ネバダ州ラスベガスで最近開催されたHPE Discover 2022イベントにおける最近のパネルセッションのビデオをご覧になることをお勧めします。パネルメンバーには私のほか、Kirk Bresniker（HPE Fellow、VP兼Chief Architect、Hewlett Packard Labs）、Yehuda Naveh（Classiqの共同創設者兼CTO）、そしてモデレーターでテレビ技術ジャーナリストのDr. Shini Somaraが参加しました。
さて、量子コンピューティングは今すぐにでも離陸し、既存の産業を破壊する準備ができているのでしょうか？量子に関するあらゆることについてのアナリスト兼パブリッシャーとして、私は毎日この質問のバリエーションを耳にします。私の答えは、数十年前からある「Amara's Law」に立ち返ることです。それは次のように述べています。「私たちは短期的には技術の効果を過大評価し、長期的には効果を過小評価する傾向がある。」
言い換えれば、私は見通しについては興奮していますが、近いうちに革命的なブレークスルーがあると過度に約束することには慎重です。
まず、量子コンピューティングとは正確には何でしょうか？それは量子力学を使って計算を実行する新興技術です。量子コンピュータは、重ね合わせ、エンタングルメント、干渉といった量子力学的現象を活用し、古典的なコンピュータよりもはるかに高速に特定の計算を実行できる新しいタイプのアルゴリズムを作成できるようにします。
各国政府も注目しています。中国は今後5年間で量子コンピューティングに153億ドルを投資する計画を発表しており、EUと米国はそれぞれ72億ドル以上と19億ドルを投入しています。日本、英国、インド、カナダを含む他の国々も、それぞれ10億ドル以上を量子技術に資金提供しています。投資家も同様です。McKinseyによると、2021年の量子スタートアップへの投資額は14億ドルを超え、前年の2倍以上となりました。
「Quantum Ready」フェーズへの突入
現世代の量子コンピュータは、商業的に関連性のあるアプリケーションにおいて古典的コンピュータの能力を超えるほど強力ではありませんが、量子技術は非常に急速に進歩しており、今後2～3年以内にいくつかの量子アプリケーションが実用化されることを期待しています。多くの企業が、より強力なプロセッサが利用可能になったときに技術に慣れ、それを活用するために、今から量子プログラムを開始することで自社の業界における競争優位性を求めています。量子ソフトウェア企業Classiqが昨年実施した500人以上の企業マネージャーを対象とした調査では、89.8%がIT部門は量子コンピューティング技術専用の予算を持つべきだと考えており、61.9%が自社がすでに量子コンピューティングの予算を割り当てていると報告しています。
量子コンピューティング技術における重要な課題は、外部環境からの擾乱に対する極端な感度により、量子キュービットゲートに関連する比較的高いエラー率にあります。研究者たちはこれに対抗するために精力的に取り組んでおり、業界は量子コンピューティングの開発が2つのフェーズに分かれると見ています。
現在のフェーズはNISQと呼ばれ、Noisy, Intermediate Scale Quantumの略です。エンジニアはシステムの不正確さを引き起こすノイズを完全に排除することはできませんが、それを減らすための技術を開発しています。そして賢明なプログラマーたちは、残存するノイズレベルにもかかわらず、特定のアプリケーション問題に有用な解決策を生み出すことができるアルゴリズムを開発しています。私たちは、NISQレベルのコンピュータで間もなく実用化される商業アプリケーションがいくつかあると予想しています。
次のフェーズはFault Tolerant Quantum Computingと呼ばれ、エンジニアがエラー訂正アルゴリズムを開発し、プログラマーにとってエラーの問題を事実上排除することで、より多くの商業的な量子アプリケーションを開発できるようにします。これらの耐障害性量子コンピュータの作成は依然として困難な課題であり、現在存在するものよりもはるかに大規模なプロセッサを必要とします。しかし、いくつかの組織が成功し、この10年の終わりまでにこれらのマシンを利用可能にすると予想しています。
量子コンピューティングが違いを生み出せる分野
量子コンピュータは、メール、ウェブブラウジング、会計などの一般的な消費者向けアプリケーションにはあまり役立ちませんが、それでも違いを生み出すことができる多くの興味深いアプリケーションがあります。
量子コンピューティングは、古典的なコンピュータでは解決不可能または極めて困難な特定のタイプの問題を解決できるようになって初めて商業的に有用になります。これを私たちは「Quantum Advantage」と呼んでいます。量子コンピュータを使って量子レベルの化学反応をシミュレートすることは、非常に自然で極めて重要なアプリケーションのクラスです。このタイプのアプリケーションには、創薬、材料設計、炭素捕獲や太陽エネルギー変換などの気候変動に関連する重要な問題が含まれます。
最適化は、量子技術が利益をもたらすことができるもう一つの主要なアプリケーションタイプです。多くの業界が、量子コンピューティングを通じて自社の業務をより良く最適化できることを発見するでしょう。例えば、金融業界は、ポートフォリオの最適化、信用リスク分析、Monte Carloモデリング、取引戦略を改善することができます。物流を扱う組織は、車両ルーティング、ネットワーク最適化、プロセスと製造フローの最適化などに量子技術を使用できるでしょう。
そして3番目のアプリケーションタイプは、量子機械学習機能です。量子は、さまざまな機械学習問題について、古典的コンピューティングアプローチと比較して、速度の大幅な向上や精度の改善を潜在的に提供できます。これには、金融会社の詐欺検出やマネーロンダリング防止、画像認識、ニューラルネットワークのトレーニングなどが含まれます。
量子コンピュータと古典的コンピュータは連携して使用される
量子コンピュータがいつか古典的コンピュータに取って代わることはあるでしょうか？その可能性は低いです。量子コンピュータは最終的に一部の高性能古典的コンピュータを置き換えるかもしれませんが、メールの読み取り、ウェブサイトの運営、金融取引データベースの維持、インターネットのブラウジング、銀行残高の計算など、量子コンピュータが適していないタスクは非常に多くあり、今日私たちがコンピュータで実行するその他のタスクのほとんどもそうです。
実際、多くの人々は、ほとんどの量子コンピューティングは量子と古典が協力して達成されると信じています。彼らは、それが今日GPUがメインの古典的プロセッサをサポートするコプロセッサとして使用されているのと同様になると信じています。
量子の暗号化問題
今日人々が話題にしている問題の一つは、遠い将来に量子コンピューティングがもたらす可能性のある脅威です。量子コンピュータがより強力になるにつれて、専門家は今日インターネット上でコンピュータが使用しているRSA暗号を破ることができるようになると信じています。これはすぐには起こりませんが、今から10～15年後に発生する可能性があります。これは、医療記録のような長期的な保存期間を持つデータに問題をもたらします。Post Quantum Cryptography（PQC）やQKD（Quantum Key Distribution）と呼ばれる解決策があります。企業のリーダーは、組織内の何千ものシステムを量子耐性にするためにアップグレードしなければならない可能性があるため、これについて計画を始めるべきです。
量子人材の育成
量子のハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズム、システム設計についてはまだ取り組むべき作業がありますが、スキル開発も優先リストの上位に置く必要があります。訓練を受けた人材の不足が、業界の成長を制限するものになる可能性があります。幸いなことに、政府や民間業界団体が問題の解決策を導入し始め、人々を訓練しています。
National Science Foundation、National Institute of Standards and Technology（NIST）、White House Quantum Coordination office、Quantum Economic Development Consortium（QED-C）を含む多くの組織が、量子人材の構築を支援するためのプログラムを持っています。私はQED-Cのイニシアチブに取り組んでおり、学生の参加を促し、教授がカリキュラムをまとめるのを支援するよう設計されています。多くの作業が必要ですが、進展は見られています。
推奨事項
量子の真の影響はまだ数年先である可能性が高いですが、ITマネージャーが量子の未来に備えるためにできることがあります。
結論
量子がすぐに世界を変えると期待する量子愛好家の方々へ、私のアドバイスは次のとおりです：忍耐してください。量子は来ています。私たちは毎年段階的なブレークスルーを目にしており、技術を進歩させるためにドルが投資されています。また、その将来の影響を過小評価しないでください。明日非常に役立つ技術を活用するために、今日から行動を起こし始めてください。
2022年7月10日
