IonQとKipu Quantumは、量子コンピュータ上で実行された過去最も複雑なタンパク質折りたたみ問題を解決したという共同のブレークスルーを発表しました。この成果は、IonQのForte世代のイオントラップ型量子システム上でKipuのBF-DCQOアルゴリズムを使用して実行され、アルゴリズムの革新性とハードウェアの性能の両方を示すものとなりました。
この共同研究では、最大12個のアミノ酸を含む三次元タンパク質折りたたみ問題に取り組みました。これは、量子ハードウェアで試みられた同種の問題の中で最も複雑なものとされています。また、チームは並行して、最大36量子ビットを使用して、完全結合スピングラス（QUBO）やMAX-4-SAT（HUBO）などの高密度最適化問題も解決しました。Kipuの非変分的な反復アルゴリズムは、より少ない演算で正確な解を提供し、IonQの完全結合量子ビット接続性により、タンパク質モデリングに不可欠な長距離相互作用を効率的に処理することが可能になりました。
この取り組みは、創薬、物流、材料設計などの分野における近期の量子応用の実現可能性を実証しています。両社は、IonQの今後の64量子ビットおよび256量子ビットシステムへの早期アクセスを通じて、さらに産業的に関連性の高いユースケースと量子優位性の実証を目指して協力を継続する予定です。
背景
イオントラップ型量子システムは、電磁場によって空間に浮遊させたイオン（電荷を持った原子）を量子ビットとして利用する方式です。レーザー光などでイオンの状態を制御し、計算を行います。IonQが採用するこの方式は、量子ビット間の結合が柔軟であり、任意の2つの量子ビットを直接接続できる「完全結合」が特徴です。これにより、離れた位置にある量子ビット同士でも効率的に情報をやり取りでき、複雑な問題解決に適しています。
BF-DCQOアルゴリズムは、Kipu Quantumが開発した「非変分的な反復アルゴリズム」です。従来の量子アルゴリズムの一部では、パラメータを調整しながら最適解を探る「変分法」が使われることがありますが、BF-DCQOはそれとは異なるアプローチを採用しています。この手法により、より少ない演算ステップで正確な解を得ることが可能となり、ハードウェアの負荷を軽減します。
タンパク質折りたたみとは、アミノ酸が鎖状に連なった分子が、特定の三次元構造に折りたたまれる過程を指します。この構造はタンパク質の機能を決めるため、創薬において重要な課題です。また、QUBOやMAX-4-SATは、物流や材料設計などで生じる「最適化問題」を数学的に定式化した形式です。これらを量子コンピュータで解くことで、従来のコンピュータでは扱いにくい複雑な組み合わせ最適化問題への応用が期待されています。
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2025年6月19日
