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何百万もの量子ビットを1つのチップに集積できる、まったく新しい材料と量子コンピューティングのアーキテクチャを創造しました。これは科学の業績であるだけでなく、科学と芸術の書物なのです。正直に言うと、これらのアイデアの一部はSF小説のように聞こえるかもしれません。この技術は、今日の世界中のコンピューティングパワーを結集しても解決できない問題を解決し、医学、材料科学、そして自然界の理解といった分野に革命をもたらすことを約束します。
この新しいアーキテクチャに基づく私たちの最初の量子プロセッサが、マヨラナ 1です。
私はいつもパズルや挑戦、そして数学とコンピュータの組み合わせに魅了されてきました。まだ存在していないけれど、私たちがデジタルコンピュータなど持っている全てのコンピュータでは解決できない問題を解決できる、そんなタイプのコンピュータがあることを知ったとき、私はただただ魅了されました。
そのコンピュータの構築にどう貢献できるか、学びたいと思いました。長年にわたって、最も強力なコンピュータでも解決できない問題に出くわしました。しかし、時間が経つにつれて気づいたんです。「そうだ、量子コンピュータを持っていれば解決できるんだ」と。
ノートパソコンは10個の電子の問題を解決できます。スーパーコンピュータは20個の電子の問題を解決できます。しかし、世界中のどんな古典的なコンピュータも、30個や40個、50個の電子の挙動を正確に解決することはできません。30、40、50といった電子の数は一見小さく見えますが、世界中のコンピュータを一緒に動かしても宇宙の寿命ほどの時間スケールが必要になります。それは、スケールした量子コンピュータがこれらの問題を効率的に解決できるようになるまでのことです。
これらの計算は非常に複雑なため、古典的なコンピュータがこの地球全体ほどの大きさだったとしても、それを計算することはできないのです。そのスケールを構築的に理解するためにお伝えしますが、量子コンピュータはそれを行うことができ、しかも非常に効率的に行うことができます。
量子コンピュータの中核にあるのがこれらの量子ビットです。量子ビットは古典的なビットのようなものですよね？これらは本質的にトランジスタ内のゼロとイチです。そして量子コンピューティングではそれに相当するものが必要なのです。その相当物が量子ビット、つまり量子ビットであり、それが中核的な情報単位として機能します。それは情報を保存する場所であり、計算を作成し、最終的に解決策を引き出すために、それらの量子ビット上で処理を行います。
量子ビットを作成するには多くの異なる方法があります。量子コンピューティングの進歩が遅かった理由は、業界が量子ビットを信頼性が高くノイズに強いものにする問題に苦労してきたからです。進歩は段階的でした。課題は、量子ビットが一般的にかなり繊細だということです。だから、本当に安定した基礎となる量子ビットが必要なのです。
しかし、それがコストとなることは望ましくありません。なぜなら、基礎となる量子ビットが本当に大きいことを望まないからです。それをより安定させる一つの方法は、それらを本当に大きくすることです。しかし、それらが本当に大きく、しかもまだ多くのものが必要だとしたら、それらをすべてシステムに収めるにはどうすればよいでしょうか？倉庫サイズのものを扱いたくはないでしょう。
二つ目に、量子ビットが遅くなることを望みません。なぜなら、安定したものを得るために支払う代償が本当に遅く進むことだとしたら、1ヶ月かかるかもしれない計算が10年かかることになります。そうなると役に立ちません。
人々は、コンピューティングの初期には真空管を使用していました。そしてその技術で実際に非常に優れたコンピュータを構築することができました。そして、トランジスタが発明されました。初期のトランジスタは必ずしも素晴らしいものではありませんでしたが、時間が経つにつれてトランジスタが発展し、集積回路が発展するにつれて、これが未来の技術になることが明らかになりました。
その精神で、第一世代の量子ビットは、私が言及した本当に重要な種類の問題を実際に解決できる次の段階に進むためのものではないかもしれません。そのため、適切な特性を持つ材料、したがって量子処理ユニットを発明する必要があるかもしれません。
私たちにとって重要なのは、ある程度の誤り保護機能が組み込まれたものです。そしてそれらのアイデアの多くは実際にソフトウェア、量子誤り訂正コードの文脈で探求されましたが、それらのアイデアの多くをハードウェアに組み込むことも可能です。つまり、量子ビットの設計方法が重要なのです。
私たちは毎日物質の状態を目にします。固体は形を保ち、液体は変化しますが体積を保ち、気体は存在する空間を満たすように膨張します。これらは全て、最終的には原子がどのように振る舞うかによって定義されます。
しかし、もっと多くの状態があるとしたらどうでしょう？適切な条件下で、もっと多くの状態を設計できるとしたらどうでしょう？これまで理論だけだった状態で、サブ原子粒子の実際の振る舞い方を変えるような状態は？
100年前、数学者たちはそのような新しい物質状態の一つ、トポロジカル状態を予測しました。そして、それ以来、研究者たちはその中の非常に特殊で非常に有用な準粒子、マヨラナ粒子を探してきました。昨年、私たちは初めてそれを観察することができました。そして今年、私たちはそれを制御し、その独自の特性を利用してトポコンダクター、超伝導体としても機能する新しいタイプの半導体を構築することができました。
この材料を使用して、量子コンピュータ向けの全く新しい基礎的なアーキテクチャ、トポロジカルコアを構築することができます。これにより、チップ上に数十や数百ではなく、数百万の量子ビットまでスケールすることができ、それらは全て手のひらの上に収まります。
マヨラナの理論は、数学的には粒子が自分自身の反粒子であることが可能であることを示しました。つまり、これらの粒子を2つ取って近づけると、互いに消滅して何も残らない可能性があります。または2つの粒子を近づけて、単に2つの粒子だけになる可能性もあります。時にはゼロ状態である何もない状態になり、時には電子である1の状態になります。
実際に考えるのにかなりの時間がかかりました。文字通り捉えがたいこの粒子の測定を可能にするデバイス、チップを設計するのに時間がかかりました。私たちはマヨラナの存在を測定できるチップを設計しました。マヨラナを使用することで、トポロジカル量子ビットを作成することができます。トポロジカル量子ビットは信頼性が高く、小さく、制御可能です。
これは量子ビットにエラーを引き起こすノイズ問題を解決します。これらのトポロジカル量子ビットを手に入れたことで、全く新しい量子アーキテクチャ、トポロジカルコアを構築することができるようになりました。これは小さなチップ上で100万個のトポロジカル量子ビットまでスケールすることができます。
このチップの中の原子一つ一つが意図的に配置されています。それは一から構築されています。それは完全に新しい物質状態です。私たちが原子ごとに絵を描くように画像を構築していると考えてください。
通常のチップでは、計算は電子を使用して行われます。私たちは計算に電子を使用しません。私たちは計算にマヨラナを使用します。それは全く新しい粒子です。それは半分が電子です。このチップの設計を見ると、まず第一に、小さな形状に非常に多くのものを収めることができます。
このチップは100万以上の量子ビットを格納できます。100万以上がこの小さな形状に収まります。さらに、解決策を得るために何世紀も何千年も待ちたくはありません。そこで、このチップは合理的で効率的な時間内にチップから解決策を得るための適切な速度も提供します。それがこの量子ビット設計、トポロジカル量子ビットの美しさです。
適切なサイズ、適切な速度、そして適切な種類の制御性を持っています。そしてそれら全てが一緒になることで、他に類を見ないスケール能力を持っています。私たちが構築しているシステムの仕組みは、量子アクセラレータがあり、それと連携して制御する古典的なマシンがあります。そして、解決しようとしている問題に応じて、古典と量子の間を本質的に行き来するアプリケーションがあります。
計算が完了すると、結果は古典側で再合成され、完全な一つの答えとしてユーザーに戻されます。量子マシンが輝くのは、特に化学と材料において、非常に正確なシミュレーションを行うことができるところです。実際の実験室の実験と同じくらい正確です。
科学者が欲しい材料を計算し、初めから正確に計算する世界を想像してみてください。実験室に入ったとき、もう実験する必要はありません。一度充電すれば、放電を心配する必要のないバッテリーを想像してみてください。
100万量子ビットで何ができるでしょうか？ここ数年、人工知能の爆発的な広がりがありましたよね？コパイロットのような。量子コンピュータについて非常に刺激的なのは、量子コンピュータがAI能力を強化することで、さらに多くの発見を促進する助けになることです。
量子コンピューティングについて私が興奮するのは、それが新しい化学物質、新しい薬、食料生産のための新しい酵素を作り出すことで、基本的なレベルでこれらの多くの課題に取り組むツールを私たちに与えてくれることです。
正直なところ、今は頭が混乱しています。これは私たちが何年も前から考えていたことだからです。
私たちは人類の時代を材料によって呼んでいます。石器時代について話してきました。青銅器時代と鉄器時代について話してきました。鋼鉄時代、シリコン時代、材料は私たちの文化、人類、進歩を定義します。
したがって、材料との関わり方を根本的に変えることができる機械を持つことほど強力なものがあるでしょうか？私たちのリーダーシップは過去17年間このプログラムに取り組んできました。これは会社で最も長く続いている研究プログラムです。そして17年後、私たちが結果を披露するとき、私たちは信じられないだけでなく、現実的な結果を披露しています。
それらは次の量子の旅の段階がどのように行われるかを根本的に再定義するため、現実的なのです。私たちは量子時代の境界にいて、マヨラナ 1はほんの始まりに過ぎません。
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