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ほとんどの人は、物質には固体、液体、気体という3つの主要な状態があると学んで育ちました。今日、私たちは全く新しい物質状態を作り出しました—トポコンダクター（topological conductor）です。この構造に基づく最初の量子プロセッサは、マヨラナ1（Majorana 1）です。
量子コンピューティングは長年注目されてきましたが、現実はこうです。今日のほとんどの量子コンピュータは壊れやすく、エラーが発生しやすく、実用からはほど遠い状態です。だからこそ、マイクロソフトの最新のブレークスルーが見出しを飾っているのです。彼らは世界初のマヨラナ1量子プロセッサを発表しました。これはトポロジカル量子ビットで動作するプロセッサで、ついに大規模な量子コンピューティングを可能にする画期的な技術です。
何十年もの間、スケーラビリティと信頼性が量子コンピューティングの発展を妨げてきました。今、マイクロソフトはあらゆるものを変える可能性のある全く新しいアプローチでその問題を解決したと主張しています。しかし、これは本当のブレークスルーなのか、それとも単なる過大評価された技術の約束に過ぎないのでしょうか？この技術がどのように機能するのか、それがあなたにどのような影響を与えるのか、そしてGoogleやIBMと比較してどうなのかを詳しく説明するので、ぜひ最後までご覧ください。
量子力学の知識とアインシュタインの相対性理論が組み合わさり、現代の世界を生み出しました。これまで量子コンピューティングが機能しなかった理由は何でしょうか？
量子コンピュータは量子ビットを使用します。これは通常のコンピュータのゼロとイチのスーパーパワーバージョンのようなものです。しかし、どちらか一方だけでなく、量子ビットは同時に両方の状態になることができます。これにより、量子コンピュータは特定の問題を解くのに通常のコンピュータよりもはるかに高速になります。
しかし大きな問題があります。量子ビットは非常に敏感で、熱や放射線などのわずかな乱れでも乱れてエラーを引き起こす可能性があります。これを修正するために、GoogleやIBMなどの企業は量子エラー訂正を使用します。これは1つの量子ビットを安定させるために多数の量子ビットをグループ化することを意味します。しかし、これは実用的ではありません。なぜなら、ほんの数個の有用な量子ビットを作るために何百万もの量子ビットが必要だからです。
マイクロソフトは全く異なることをしています。エラーを修正するために大量の量子ビットを使用する代わりに、最初からそれほど修正が必要ない量子ビットを構築しました。これらはトポロジカル量子ビットと呼ばれ、量子コンピュータを大規模で実際に機能させるための鍵となる可能性があります。
マイクロソフトの初のトポロジカル量子プロセッサであるマヨラナ1プロセッサは、エラーを回避するのがはるかに優れた新しいタイプの量子ビット、トポロジカル量子ビットを使用しています。このブレークスルーの中心にあるのは、マイクロソフトが作成したトポコンダクターと呼ばれる特殊な材料です。この材料は、マヨラナ・ゼロ・モード（ZMS）の作成を可能にする独特の物質状態を形成するのに役立ちます。これらは、外部干渉から自然に保護される方法で量子情報を格納できる小さな奇妙な粒子です。
これにより、量子ビットを安定させるという量子コンピューティングの最大の問題の1つが解決されます。トポロジカル量子ビットは簡単に乱れないため、エラーを修正するために大量の追加量子ビットは必要ありません。これは、はるかに少ない量子ビットで量子コンピュータを構築できることを意味し、単一のチップに数百万個の量子ビットを収めることが可能になります。エラーが少ないこれらのコンピュータはより正確で信頼性の高い計算を行うことができ、実世界での使用に近づいています。
長年、マヨラナ・ゼロ・モードは科学書の中の単なるアイデアでしたが、マヨラナ1では、マイクロソフトは実際にそれらを実際のハードウェアで機能させました。これは量子コンピュータを構築する全く新しい方法です。
マイクロソフトの量子プロセッサが実際にどのように機能するのか？マイクロソフトのトポロジカル量子ビットについての大きな疑問は、それらがとても保護されているなら、中の情報をどうやって読み取るのかということです。答えは量子ドットです。これらはチップ内の小さな部分で、電荷を格納して感知し、量子情報の小さな検出器のように機能します。
それはこのように機能します。各量子ビットは量子ドットに接続されており、電子の数が偶数か奇数かをチェックします。いわば、瓶の中のビー玉を数えるようなものです。次に、マイクロ波を使用して量子ビットを乱すことなくこの電荷を読み取ります。トポロジカル量子ビットは自然に安定しているため、このメソッドは他の多くの量子コンピュータよりもはるかに信頼性が高いです。
マイクロソフトのシステムの素晴らしいところは、ほとんどの量子コンピュータがまだ壊れやすく、エラーが発生しやすいアナログ制御を使用しているのに対し、完全にデジタルであることです。デジタル制御は、より単純な操作、より少ないミス、そして簡単にスケールアップする能力を意味します。繊細な微調整の代わりに、マイクロソフトは通常のコンピュータのような単純なオン/オフスイッチを使用していますが、量子コンピューティングに全く新しい方法で適用しています。このシフトが、大規模な量子コンピュータを現実のものにする鍵となる可能性があります。
マイクロソフトの100万量子ビット量子コンピュータへのロードマップ—量子コンピューティングの本当の課題は、新しいタイプの量子ビットを作ることだけではなく、何百万もの量子ビットを連携させることです。少数の安定した量子ビットでは世界は変わりませんが、数百万個を構築できれば、新薬の発見、超強力なAIの作成、通常のコンピュータでは解決できない問題の解決など、実世界のアプリケーションを解放できる可能性があります。
マイクロソフトには、それを実現するためのステップバイステップの計画があります。すべての実験から、完全に機能する量子スーパーコンピュータへと移行するものです。すべてはテートンズ（Tetons）と呼ばれるものから始まります。これは2つのトポロジカルナノワイヤから作られた、マイクロソフトの基本的な単一量子ビットデバイスです。それが機能すると、次のステップは4×2量子ビットアレイ、つまり完全な量子エラー訂正をテストする8量子ビットシステムです。基本的に、量子ビットが自分自身のミスを修正できることを確認します。
その後、フォールトトレラントプロトタイプ、つまり常に問題を起こすことなく実際の計算を処理できるはるかに大きな量子プロセッサに移行します。これは通常の量子コンピュータが苦労していることです。しかし本当の目標は100万量子ビットです。現在、Googleの量子コンピュータは、そのシステムが非常に壊れやすいため、わずか数個の安定した量子ビットを維持するために何百万もの量子ビットを必要としています。
マイクロソフトは、そのような問題はないと言います。彼らのトポロジカル量子ビットは自然に安定しているため、同じ仕事をするために必要な量子ビットははるかに少なくて済みます。実際、彼らは自分たちの量子ビットは従来の量子コンピュータよりも10倍少ないリソースを必要とすると主張しています。これによりすべてがより単純に、より速く、より実用的になります。50年後ではなく、おそらくほんの数年で実現する可能性があります。彼らがこれを成功させれば、量子コンピュータは誰もが予想していたよりもはるかに早く現実になる可能性があります。
DARPAの関与—マイクロソフトの量子コンピュータが本当のゲームチェンジャーである可能性を示す大きな兆候は、最先端の高度技術プロジェクトに資金を提供する米国政府機関であるDARPAが彼らをバックアップしていることです。DARPAは、初期のインターネットやGPSなど、歴史上最大のテクノロジーの進歩のいくつかをサポートしたことで知られており、現在、彼らは大規模な量子コンピュータが実際に役立つかどうかを確認するテストである US2QCプログラムで前進するわずか2社のうちの1社としてマイクロソフトを選びました。
マイクロソフトのトポロジカル量子ビットは彼らの厳しい要件を満たしており、これは大きな進展です。DARPAのサポートが重要なのは、マイクロソフトの量子技術が単に紙の上での素晴らしいアイデアではなく、実際に機能していることを意味するからです。DARPAは実際の可能性がないものに時間を無駄にすることはなく、NASA研究センター、ロスアラモス国立研究所、オークリッジ国立研究所などのトップ研究機関と提携して、マイクロソフトが構築しているものを詳細に調査しています。
これらは超先進的な科学技術に取り組む場所なので、彼らの関心は、マイクロソフトのアプローチが大規模で安定した、そして有用な量子コンピュータを実現する最高のチャンスの一つであることを示しています。そして、それが最大の疑問につながります—我々が実際に100万量子ビットシステムに到達したとき、何が起こるのでしょうか？量子コンピュータはついに世界を変えることができるのでしょうか？
量子スーパーコンピュータの実世界応用—100万量子ビットを持つ量子コンピュータは単なるクールな科学実験ではなく、世界の最大の問題のいくつかを解決する可能性があります。今日の最も強力なスーパーコンピュータでさえ、小さな分子のシミュレーションや、新しい材料がどのように振る舞うかを予測するなど、特定のタスクに苦労しています。しかし、大規模な量子コンピュータはこれらの問題をより速く、より正確に処理することができ、医療、エネルギー、サイバーセキュリティ、AIでのブレークスルーにつながる可能性があります。
医療の分野では、量子コンピュータは分子がどのように相互作用するかをシミュレーションすることで、薬剤発見に革命をもたらす可能性があります。科学者たちは異なる薬をテストするのに何年もかけるのではなく、数週間で新薬を設計するために量子シミュレーションを使用して、がん、アルツハイマー病、希少な遺伝性疾患の治療法をより早く発見できる可能性があります。
気候科学とエネルギーの分野では、量子コンピュータはより良いバッテリーの開発、太陽エネルギー効率の向上、そして自己修復材料の設計に役立つ可能性があります。これは、建物、橋、さらには宇宙船が損傷した場合に自分自身を修復できるということを意味し、より安全なインフラストラクチャとより持続可能な技術につながる可能性があります。
サイバーセキュリティでは、今日の暗号化は古典的なコンピュータでは解くのに長すぎる難しい数学的問題に基づいていますが、量子スーパーコンピュータはそれらを数秒で破ることができ、これは大きなセキュリティリスクです。同時に、量子技術は将来のデジタルデータを保護する、破られない新しい暗号化方法も生み出しています。
量子コンピューティングはAIと機械学習も変革する可能性があります。現在、AIモデルのトレーニングには多くのコンピューティングパワーが必要なため、数ヶ月かかります。しかし、量子コンピュータは数分でAIをトレーニングでき、自動運転車、音声アシスタント、医療AIをよりスマートで効率的にする可能性があります。
マイクロソフトは、フォールトトレラント量子コンピュータを構築できれば、産業全体を変える可能性があると信じています。そしてDARPAが彼らの研究をバックアップし、明確なロードマップを持つことで、彼らはこれを現実にするよりもさらに近づいているかもしれません。
マイクロソフトはGoogleやIBMとどう比較されるのか—実際に機能する量子コンピュータを構築するレースは加熱しています。Google、IBM、マイクロソフトはすべて、誰が最初に作れるかを競い合っていますが、彼らはそこに到達するために非常に異なる戦略を用いています。
Googleは2019年に量子超越性（Quantum Supremacy）と呼ばれるものを主張した際に大きなニュースになりました。基本的に、彼らの量子コンピュータは通常のスーパーコンピュータよりもはるかに速く問題を解決しました。しかし、Googleのシステムには欠点があります。自身のエラーを修正するために何百万もの追加量子ビットが必要なのです。これにより、実用的な量子コンピュータにスケールアップするのが非常に難しくなります。
IBMはEagleやCondorと呼ばれる量子チップを改良してきましたが、依然として超伝導量子ビットを使用しており、Googleのものと同じエラーの問題があります。つまり、IBMも物事を安定させるためには大量の追加量子ビットが必要です。
一方、マイクロソフトは全く異なることを試みています。エラーを修正するためにますます多くの量子ビットを使用する代わりに、自然により安定したトポロジカル量子ビットを設計し、スケールアップが容易になっています。この方法が大規模で機能すれば、マイクロソフトの量子プロセッサはGoogleやIBMが作ったものよりも効率的で、信頼性が高く、構築しやすい可能性があります。
最初の真の量子スーパーコンピュータを構築するレースはまだ大きく開かれていますが、マイクロソフトの新しいブレークスルーにより、彼らがリードを取るかもしれません。
次は何か？マイクロソフトは、フォールトトレラント量子プロトタイプの構築までわずか数年しかかからないと主張しています。量子コンピューティングはまだ初期段階ですが、これは今世紀で最も重要な技術革命の一つになる可能性があります。もしマイクロソフトのマヨラナ1プロセッサが約束通りに提供されれば、彼らは他の誰よりも先に量子コードを解読し、信頼性の高い大規模な量子コンピューティングを実現する最初の企業になる可能性があります。
あなたはどう思いますか？マイクロソフトは量子コンピューティングの未来をリードしているのでしょうか？ここまで見ていただいた方は、以下のコメント欄であなたの考えをお知らせください。より興味深いトピックについては、画面に表示されるおすすめ動画をご覧ください。ご視聴ありがとうございました。
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