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マイクロソフトが量子コンピューティングにおいて大きな革新を成し遂げました。彼らは文字通り、量子コンピューティングを次のレベルに引き上げるために新しい物質状態を発明したのです。これまで物質の状態には固体、液体、気体があり、プラズマが第4の状態とされてきましたが、今や完全に新しい物質状態が生まれ、手のひらに収まるチップで100万量子ビットの計算能力を実現できるようになりました。これらの革新により、量子コンピューティングが私たちが考えていたよりもずっと早く実現する可能性が出てきました。
このチップは「マヨラナ1」と呼ばれる量子コンピューティングチップで、100万量子ビットまでスケールアップする可能性を秘めています。量子ビットについて説明すると、コンピュータのビットに相当するものですが、複数の状態を取ることができます。通常のビットは1か0のどちらかですが、量子ビットは1、0、両方、またはどちらでもない状態を取ることができます。これにより、従来のチップでは文字通り何百万年もかかる計算を、量子チップは数分で行うことができます。
ただし、量子コンピュータはエラーの影響を受けやすく、正常に動作させるには多くのエラー訂正が必要です。マヨラナ1の特徴は、このチップに考案されたトポロジカルコアにあります。エラー訂正が直接チップに組み込まれており、設計上の信頼性が確保されています。この全導体はインジウムヒ素とアルミニウムを原子レベルで構築しています。
ピアレビューによる確認によると、マイクロソフトは量子情報をランダムな外乱から保護するマヨラナ粒子の生成に成功しただけでなく、マイクロ波を使用してその情報を確実に測定することもできます。マヨラナは量子情報を隠すことでより堅牢にしますが、それゆえに測定も難しくなります。マイクロソフトチームの新しい測定手法は非常に精密で、超伝導ワイヤー内の10億個の電子と10億1個の電子の違いを検出できます。
この計算能力を人工知能と組み合わせることで、この技術の潜在的な応用は驚くべきものとなります。量子力学を使用して、化学反応から分子間相互作用、酵素エネルギーまで、自然の振る舞いを驚くべき精度で数学的にマッピングできるからです。100万量子ビットのマシンは、今日の古典的なコンピュータでは正確に計算できない化学、材料科学、その他の産業における特定のタイプの問題を解決できるはずです。私たちは文字通り、目の前で科学が解決されていくのを目撃しているのです。
すでに想定されているユースケースをいくつか紹介します。一つは自己修復材料の創造です。材料が腐食、錆び、ひび割れを起こす理由を突き止め、それを解決して材料が自己修復できるようにすることができます。航空機の窓、車の窓、スマートフォンの画面、ガラスを使用するあらゆるものが、もはびび割れなくなる可能性があります。
また、プラスチック問題について考えてみましょう。私たちの体内にはたくさんのマイクロプラスチックがあり、埋立地はプラスチックで溢れています。プラスチックを食べる酵素を設計できれば…実際、そのような酵素は今日存在しますが、プラスチックには多くの種類があり、その酵素はすべての種類のプラスチックを効果的に分解できるわけではありません。しかし、異なる種類のプラスチックをすべて分解できる様々な酵素を作り出すことができるようになるかもしれません。
これは医療やヘルスケア、農業など、古典的なコンピュータでは何千年、何十万年、何百万年もかかる非常に困難な問題にも応用できます。今や、これらの問題が数分で解決される可能性があり、私たちはこれを実用化する段階に近づいています。
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マイクロソフトはどのようにしてこれを思いついたのでしょうか。量子コンピュータの仕組みを説明しましょう。量子コンピュータと量子の世界は一般的に、私たちが慣れ親しんでいる物理法則とは非常に異なる量子力学の法則に従って動作します。量子コンピュータの最小単位は量子ビットと呼ばれ、コンピュータのビット（1か0）のようなものですが、この場合は両方、またはどちらでもない状態、あるいはその中間の状態を取ることができます。
しかし、これらの量子ビットは非常に繊細で、環境からのわずかな外乱にも反応します。コンピュータの外からの最小の外乱でも、これらの量子コンピュータに悪影響を与えてエラーを引き起こし、その結果、量子ビットが保持している情報が失われてしまいます。
そこでマイクロソフトは20年前、この新しいタイプの材料の開発を始めることを決めました。彼らは、トポロジカル量子ビットがより安定性を提供し、エラー訂正の必要性を減らしながら、高い測定可能性も備えると信じていました。これは非常に有望に思えましたが、実現するためには新しい物質状態を発明する必要がありました。マヨラナは以前には見たことも作られたこともない、単なるアイデアでした。
注目すべきことに、マヨラナは自然界には存在せず、磁場と超伝導体によってのみ存在を強制することができます。これらの新しいマヨラナは量子情報を隠し、本質的により堅牢にしますが、同時に測定も非常に難しくなります。測定部分も同様に重要です。情報を保存できても、それを取り出せなければ意味がありません。そこで、前述したような非常に精密な新しい測定技術を考案しました。
最も素晴らしい点は、これらのトポロジカル量子ビットが非常に小さいことです。手のひらに収まるチップに、潜在的に100万量子ビット、さらにはそれ以上を収めることができます。従来の量子コンピューティング方式では、同じ数の量子ビットを実現するためにはフットボール場ほどの大きさの量子コンピュータが必要でした。
これらすべてを組み合わせることは簡単ではありませんでした。マイクロソフトのテクニカルフェローであるクリスタ・ゾアは次のように述べています。「私たちは文字通り原子を1つ1つ噴射しています。それらの材料は完璧に並ばなければなりません。材料スタックに欠陥が多すぎると、量子ビットが死んでしまいます。」
最近、私は量子コンピュータに非常に興味を持っており、できるだけ多くのことを学ぼうとしています。これらの素晴らしいマシンを実用化する寸前にいるように感じます。そのため、量子の未来について非常に楽観的です。より効果的で効率的な薬の設計、個別化医療の実現、電気自動車や携帯電話などのバッテリーの性能向上、気候変動と戦うための気候システムの予測、自己修復材料、輸送の最適化など、可能性は無限です。
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