マイクロソフトと量子計算大手のQuantinuumは現地時間9月10日、史上最多の12個の論理量子ビットに絡み合い、史上最高の計算忠実度を創出することに成功したと発表し、量子誤り訂正技術を披露した。
論理量子ビット、量子誤り訂正、計算忠実度は、すべて量子計算分野の重要な概念であり、量子誤り訂正は量子計算の大規模な商業化を開く鍵であると言える。
量子計算は量子力学の原理を利用して情報処理を行う技術である。従来の古典的な計算と比べて、量子計算の主な利点は次のとおりです。
（1）強大な計算能力：従来のコンピュータは「0」と「1」の2つの状態しか処理できないのに比べ、量子ビット（qubit）は同時に「0」と「1」の重畳状態にあることができ、これにより理論的に非常に速い速度で大規模な計算任務を達成することができる。量子ビット数の増加に伴い、量子コンピュータの計算能力は指数関数的に増加した。これは、量子コンピュータが従来のコンピュータよりもはるかに速い検索や最適化など、特定のタイプの問題を処理する際に、
（2）応用空間がより広い：量子コンピュータは天然に他の量子システムのシミュレーションに適しており、これは化学、材料科学と物理学などの分野の研究に重要な意義がある。分子と化学反応をシミュレーションし、新しい材料の性質を予測することができ、これは従来のコンピュータにとって非常に困難である。また、量子コンピュータは理論的に機械学習アルゴリズムの訓練過程を加速することができ、これはビッグデータと複雑なモデルを処理するのに非常に有用で、機械学習と人工知能の発展を推進することができる、
（3）暗号化と安全：量子コンピュータは理論的に多くの既存の暗号アルゴリズムを解読することができるが、同時に新しい量子暗号技術を開発することができ、より高度な通信安全を提供することができる。
量子計算には巨大な潜在力があるが、それは現在も発展の初期段階にあり、多くの技術と物理的挑戦が存在している。1つの重要な障害は、単一の物理量子ビットが非常に脆弱で、外部環境の妨害を受けやすく、量子ゲート操作の忠実度が非常に高い必要があり、いかなる不完全でも計算ミスを招く可能性があり、量子誤り訂正技術は極めて重要である。
論理量子ビット：「1＋1&gt ; 2」の量子誤り訂正技術
科学者は、物理量子ビットの上記欠陥を克服するために、論理量子ビットを導入することによって量子情報の安定性と誤り許容能力を向上させる。
論理量子ビットは通常、特定の量子誤り訂正符号によって複数の物理量子ビットによって符号化される。これらの物理量子ビットの集合は、局所的なエラーの影響から論理量子ビットを保護することができる。物理量子ビットの1つにエラーが発生した場合、論理量子ビットの全体的な状態に影響を与えることなく、量子誤り訂正プロセスによってエラーを検出し、修正することができます。
簡単に言えば、論理量子は複数の物理量子ビットからなる量子ビットのセットであり、その中の物理量子ビットは相互に誤りを訂正し、論理量子ビット全体の安定性を確保し、「1+1&gt ; 2」の次元安定補正効果を果たすことができる。このように、物理量子ビットの1つが間違っていても、他の物理量子は計算結果の正確さを保証するのに十分な情報を提供することができる。
マイクロソフトとQuantinuumの突破は、彼らが論理量子ビットの数を更新し、より強固な量子計算の「行列」を構築したことにある。その量子誤り訂正技術は、論理量子ビットの誤り率を単独の物理量子ビットより800倍低くした。この成果は量子計算が信頼性があり、実用的な計算に進むための重要な一歩である。
マイクロソフトはどうやってやったのですか。
新しいブレークスルーには、ハードウェアとしてのH 2イオントラップ量子コンピュータと、ソフトウェアとしてのAzure Quantum量子ビット仮想化プラットフォームの2つの重要な要素が欠かせない。
H 2イオントラップ量子コンピュータは、Quantinuum社が発売した高性能量子計算システムである。この量子コンピュータは、マイクロソフトのTesseractコード（量子計算のための障害フォールトトレランス機構）を使用し、特殊な量子誤り訂正符号を使用することによって量子情報を保護する（Tesseractコードは本質的に4次元超立方体構造であり、16個の物理量子ビットを1つの4次元空間中の超立方体に配列することによって、論理量子を保護する）。このコードは部分効率を犠牲にすることで誤り訂正性能を大幅に向上させ、量子ビット中の誤りを効果的に検出し、訂正することができ、
Azure Quantum量子ビット仮想化プラットフォームはマイクロソフトが提供する量子クラウドコンピューティングサービスであり、ソフトウェアレベルを利用してハードウェアの安定性と精度を強化することを目的としており、複数の物理量子ビット間のコラボレーションを動的に管理し、論理量子ビットの安定性を確保し、それによって物理量子ビットの操作を効果的に協調させ、エラー発生の確率を減らすことができる。
量子計算、AI、HPCが初めて共同で科学問題を解決
注目すべきは、マイクロソフトとQuantinuumの今回の突破は理論に限らず、応用端を両立し、量子計算が実際の問題を解決する能力を示していることだ。
研究者は高信頼性論理量子ビット、クラウド計算とAI技術を結合し、複雑な化学シミュレーションを行い、化学触媒の基底状態エネルギーを予測することに成功した。このシミュレーションは、非常に複雑な計算タスクを処理する必要があるため、従来のコンピュータではほとんど実現できません。
マイクロソフトによると、HPC、AI、量子計算ハードウェアを組み合わせて科学的な問題を解決するのは初めて。
量子計算は科学的発見や新製品、さらには新種の誕生にかかる時間を大幅に短縮することが予想される。
現在、マイクロソフトは量子計算の商業化を積極的に推進しており、Azure Quantumプラットフォームを通じて外部に量子計算サービスを提供しており、ユーザーはこのプラットフォームを通じてQuantinuum、IonQ、PASQAL、Rigettiなどの量子計算会社のソリューションを取得することができる。
国内量子コンピューティング産業の持続的な拡大が期待される
IBM、マイクロソフト、グーグルなど海外の科学技術大手は量子コンピューティングに深く参入し、前後してロードマップを発表している。同時に、国内の量子コンピューティング産業は近年、絶えず突破を遂げている。
希釈冷凍機は超伝導量子コンピュータの運行において重要な役割を果たしており、SL 400国産希釈冷凍機は我が国の科学技術革新企業が量子計算の極低温冷凍技術において初めて獲得した重大な突破であり、その性能指標はすでに国際同類製品の先進レベルに達している。
4月25日、中国科学院量子情報と量子科学技術革新研究院は国盾量子に504ビット超伝導量子計算チップ「仙鴻」を納入した。このチップは国内初の500ビット超伝導量子計算チップで、国内の超伝導量子ビット数の記録を更新し、性能は国際主流チップに匹敵でき、各分野のユーザーが実用的な価値のある問題とアルゴリズムに対して研究を展開することができる。
本源量子研究開発チームの第3世代自主超伝導量子コンピュータ「本源悟空」は今年1月6日に正式に稼働し、世界のユーザーに開放され、世界の量子計算任務を受けた。この量子コンピュータは72ビットの自律超伝導量子チップ「悟空コア」を搭載し、現在中国で最も先進的なプログラム可能、納品可能な超伝導量子コンピュータである、
生物医薬分野では、我が国の量子計算技術も重要な突破を迎えた。最近、蚌埠医科大学と本源量子計算技術（合肥）株式会社は戦略的協力を達成し、双方は共同で国内初の量子分子ドッキング応用を研究開発し、我が国の第3世代自主超伝導量子コンピュータに頼って、量子計算力で小分子薬物研究開発プロセスを加速し、薬物設計効率を高める。
また、我が国では量子計算に関する政策が頻発しており、今年3月、量子計算が初めて政府活動報告書に登録された。その後、7月5日、工業・情報化部の金壮龍部長はさらに、人型ロボット、脳機械インタフェース、元宇宙、次世代インターネット、6 G、量子科学技術、原子級製造、深海空天開発などの分野に焦点を当て、将来の産業を適度にリードして配置することを表明した。
将来的には政策端、産業端の持続的な進化に伴い、国内量子コンピューティング産業の持続的な拡大が期待されている。