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出典：Rcmathiraj / Dreamstime.com
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量子コンピューティング、それがどのように機能するか、そしてその将来の可能性を詳しく見てみましょう。
「量子物理学を理解していると思うなら、量子物理学を理解していない。」その引用は物理学者リチャード・ファインマンに起因するが、彼が実際にそれを言ったかどうかは不明である。 1995年のMIT出版物からの信頼性の高いファインマンの引用は次のとおりです。「私は誰も量子力学を理解していないと安全に言えると思います。」
量子現実
邪魔にならないようになったので、知っていることがあるかどうか見てみましょう。量子力学は奇妙です。量子レベルのこれらの小さな粒子は、期待どおりに動作しません。そこで物事は異なります。
量子宇宙ではクレイジーなことが起こっています。本質的なランダム性、不確実性、絡み合いがあります。それはすべて少し多いようです。
原子と素粒子がつながっているように振る舞うことがわかりました。アインシュタインは、量子エンタングルメントを「離れた場所での不気味な動作」と呼びました。物理的に離れているが、同じように動作し、同じ特性を持ち、1つの役割を果たす2つのオブジェクトを想像してください。次に、これら2つのオブジェクトが100,000光年離れていることを想像してください。本当に奇妙です。
他にもあります。量子力学の不確実性の原理は、粒子の特定の特性を知ることはできないと言っています。さらに、波動関数の崩壊と関係があるデコヒーレンスの問題を追加します。そして、二重スリット実験のバージョンは、1つの量子オブジェクトが同時に2つの場所に存在する可能性があること、観測が原子以下の粒子の性質を変えること、または電子が時間を遡ったように見えることを示唆しているようです。
これで、なぜ量子コンピューターの構築がこのような課題になるのかがわかります。しかし、それは人々が試みることを止めるものではありません。 （量子コンピューティングの詳細については、「量子コンピューティングがビッグデータハイウェイの次の転換点になる理由」を参照してください。）
量子ビットの作成
不確実性の問題は、計算が困難になることです。ターゲットは常に動いています。また、数学システムを開発したとしても、エラーをどのように修正しますか？そして、あなたはバイナリが難しいと思った。
「キュービットは、いくつかの適切な状況下では、2つの量子レベルしか持たないものとして扱うことができる量子力学システムです」と、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学のAndrea Morello教授は言います。 「そして、それが得られたら、それを使用して量子情報をエンコードできます。」
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言うよりも簡単。現在の量子コンピューターはまだ非常に強力ではありません。彼らはまだビルディングブロックを正しくしようとしている。
量子ビット（キュービットとも呼ばれる）は、バイナリデジタルコンピューティングの古典的なビットよりも指数関数的に潜在的な可能性があります。素粒子は、複数の状態を同時に持つことができ、品質は重ね合わせと呼ばれます。古典的なビットは2つの状態（1つまたは0）のいずれかになりますが、キュービットは両方の状態に同時に存在できます。
コインを考えてください。頭または尾の2つの側面があります。コインはバイナリです。しかし、コインを空中にひっくり返し、無期限にひっくり返し続けると想像してください。反転している間、それは頭ですか、それとも尾ですか？それが上陸する必要がある場合はどうなりますか？どのようにして反転コインを定量化できますか？それは重ね合わせを説明する弱々しい試みです。
それでは、どうやってキュービットを作るのですか？量子物理学者が量子力学を理解していなければ、ここで十分な説明をすることはできません。量子ビットを作成するためにテストされている技術のショートリストに落ち着きましょう：
- 超伝導回路
- スピン量子ビット
- イオントラップ
- 光回路
- トポロジー編組
これらの中で最も人気のあるものは最初の2つです。他は大学の研究の対象です。最初の手法では、超伝導体を過冷却して電磁干渉を排除します。しかし、コヒーレンス時間は比較的短く、物事は崩壊します。モレロ教授はスピン技術に取り組んでいます。磁石と同じように、量子粒子にも電荷があります。マイクロ波パルスを照射することにより、彼は電子を下向きではなく上向きに回転させ、それによって単一電子トランジスタを作成することができます。
その後、フォールトトレランスとエラー修正の問題が残ります。カリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究者は、キュービットゲートで99.4％の忠実度を達成しています。オックスフォード大学で99.9％のゲート忠実度を達成しました。私たちはまだそこにいますか？
私たちはどれくらい近いですか？
Edwin Cartlidgeは、Optics＆Photonics Newsの2016年10月の記事でこの質問をしています。 2015年にETSIから組織が「量子安全」暗号化技術に切り替えるべきであるという警告は、何かが間近に迫っていることを告げるべきです。
Google、Microsoft、Intel、IBMはすべてゲームに参加しています。 Googleが追求しているしきい値の1つは、「量子優位性」と呼ばれるものです。これは、量子コンピューターが古典的なコンピューターではできないことを行うポイントを記述するために使用されます。
Scientific AmericanのDavid Castelvecchi氏によると、IBMは2017年に「汎用」量子コンピューターを展開する予定です。 「IBM Q」と呼ばれ、インターネット上で有料で利用できるクラウドベースのサービスになります。オンラインで利用できるようになったQuantum Experienceを試してみると、彼らが取り組んでいるものの味を知ることができます。しかし、カステルヴェッキは、これらの努力はいずれも従来のコンピューターほど強力ではないと述べています。量子の優位性はまだ確立されていません。
Techopediaが2013年に報告したように、Googleは一度開発された成熟した量子コンピューターに多くのアプリケーションを持っています。マイクロソフトは、トポロジカル量子コンピューティングに取り組んでいます。いくつかのスタートアップが立ち上がっており、多くの作業が現場で行われています。しかし、一部の専門家は、料理がまだ完全に調理されていない可能性があると警告しています。オーストリアのインスブルック大学のRainer Blatt氏は、「将来についてのプレスリリースは行っていません」と述べています。物理学者のデイビッドワインランドは、「私は長期的には楽観的ですが、「長期」とはどういう意味かはわかりません。」（GoogleのQuantum Computerでできる5つのことを参照）
量子コンピューティングの優位性が達成されたとしても、すぐにノートパソコンを置き換えるためにそれを探してはいけません。量子コンピューターは、初期のバイナリコンピューターのように、特定の目的専用の専用デバイスである場合があります。最も一般的な使用法の1つは、量子コンピューターに量子力学をシミュレートさせることです。天気予報などの集中的なコンピューター操作とは別に、量子コンピューティングの使用は集中化され、クラウドに限定される場合があります。もちろん、それは完璧な場所かもしれません。
結論
モレロ教授は、量子コンピューティングの主な課題を明確に特定しました。情報のエンコードを開始する前に、量子ビットで2つの離散量子レベルを確立できる必要があります。一度達成されると、量子コンピューティングは、従来のコンピューターよりも「指数関数的に大きな計算空間にアクセスできるようになります」。たとえば、300量子ビット（N量子ビット= 2の量子コンピューターN 古典的なビット）は、宇宙に粒子があるよりも多くのビットの情報を処理できます。
それはたくさんのビットです。しかし、ここからそこへ行くには、いくらかの努力が必要です。