量子コンピュータは既に小規模なプロトタイプとして存在するが、一部の物理学者や数学者は、これらのデバイスが実用レベルで正常に機能することはないと考えている。その理由は、量子物理学の根本的な理解不足、避けられないノイズによる誤り、デコヒーレンスの問題、さらには量子力学そのものが基礎的な理論ではない可能性にある。Gil Kalai、Robert Alicki、Leonid Levinといった専門家たちは、量子コンピュータが実用的な優位性を達成することは困難だと主張している。また、Stephen WolframやGerard ‘t Hooft、Tim Palmerのように、物理学が本質的に離散的であるという立場から量子コンピューティングの限界を指摘する研究者もいる。大多数の物理学者はこうした懐疑論を支持していないが、科学史においてかつて異端とされた理論が正しいと証明された例もあり、慎重な姿勢が求められる領域である。
量子コンピュータが抱える根本的な問題
量子コンピュータには、物理学者たちがあまり語りたがらない問題があります。それは、私たちが量子物理学を完全には理解していないため、これらのデバイスが正常に機能しない可能性があるということです。
この見解を共有しているのは少数派ですが、量子コンピュータは投資に見合うリターンを生み出すことはないと考える懐疑論者たちが存在します。なぜなら、そもそも機能し得ないからです。今日は、彼らの主張を検証してみたいと思います。
量子コンピュータは既に存在していますが、それは非常に小規模なプロトタイプに過ぎません。これらは量子ビット、略してキュービットと呼ばれるもので動作し、量子物理学の法則を利用しています。量子コンピュータは「エンタングルメント」、つまり特殊な種類の相関関係に大きく依存しています。
これこそが、標準的なコンピュータでは単純に不可能な数学的演算を実行できる理由なのです。物理学者たちが量子コンピュータに興奮している理由は、十分に大規模なものを作ることができれば、困難な計算をはるかに高速に実行できる可能性があるからです。
そして、これらの困難な計算を製品やサービスに変換できれば、非常に短期間で大金を生み出すことができるでしょう。これが大きな約束なのです。最近の動画で述べたように、私は今後数十年間で量子コンピュータの優れたユースケースが見出せるとは思っていませんが、それはまた別の話です。今日は、量子コンピュータが正常に機能することはないと考える人々について話したいと思います。
懐疑論者たちへの配慮と未踏の領域
一部の物理学者は、私が懐疑論者に発言の場を与えることを嫌うでしょう。しかし、ここでは慎重であるべきだと私は考えています。量子コンピュータが量子物理学で予測されている通りに実際に機能するという証拠は、私たちにはまだないのです。これは未踏の領域なのです。これほど大量のエンタングルメントを測定できたことは、これまで一度もありませんでした。
その一方で、私たちが知っているのは、物体が大きくなると量子効果が消失するということです。そして、その理由を私たちは理解していません。ですから、もっと多くの懐疑論が存在しないことに、実際のところ少し驚いています。他方で、時々私は、誰も何かがどう機能するかを知らず、私たち全員がただ知っているふりをしているだけなのではないかと思うことがあります。だから、驚くべきではないのかもしれません。
とはいえ、量子コンピュータはノイズによって引き起こされるエラーの犠牲になるだろうと考える人々がいます。
専門家たちが指摘する技術的課題
例えば、数学者でコンピュータ科学者のGil Kalaiは、量子コンピュータには避けられないノイズが存在し、それが従来のコンピュータに対する真の優位性を達成することを妨げると主張してきました。
それから物理学教授のRobert Alickiがいます。彼も同様に、ノイズを現実的にモデル化すると、量子コンピュータのエラーを訂正することが不可能になると主張しています。
そして、同じく数学者でコンピュータ科学者のLeonid Levinは、ニュートリノや重力波から来る避けられない微小なノイズのために、十分に高い精度でコヒーレンスを維持することは不可能だろうと主張しています。
この3人全員が関連分野で学位を持っているので、意見を述べているだけの無作為な人々というわけではありません。
しかしながら、彼らのうち誰も定量的な予測を行っておらず、これが物理学者たちがあまり注意を払わない理由だと私は考えています。
量子力学の基礎理論に対する疑問
また、量子力学は基礎的なものではなく、それこそが量子コンピュータが機能しない理由だと考える物理学者もいます。例えばStephen Wolframは、世界は本質的に離散的であり、これには量子物理学も含まれると考えています。
彼のモデルでは、彼が主張するところによれば、「量子コンピュータは勝者として出てこない」とのことです。
それからGerard ‘t Hooftのセルオートマトン理論があります。これもまた離散的な、段階的な理論であり、彼の見解では量子物理学の基礎をなすものです。彼は「何百万桁もの数を素因数に分解することは不可能だろう」と考えています。
Tim Palmerも、量子物理学は究極的には離散的でなければならないと確信しており、論理量子ビットで500から1000を超えることはできないと計算しています。ほとんどの推定では、商業的に興味深い応用が可能になるのは100から150量子ビット程度とされています。
ですから、もしPalmerが正しければ、量子コンピュータを利用できる時間的な窓は非常に小さいということになります。
量子力学の修正理論からの予測
それから、自発的局在化やPenroseの崩壊モデルのような量子力学の修正から生じる一般的な期待もあります。これらはどちらも、波動関数の崩壊が実際の物理的プロセスであり、話すことが許されない魔法のような現象ではないとするモデルです。
最初のケース、自発的局在化では、推定によると約100万個の超伝導量子ビットを持つ量子コンピュータは約1ミリ秒のデコヒーレンス時間を持つことになります。著者たちは、これは「大規模デバイスでの実用的なアルゴリズムの量子計算を台無しにする可能性がある」と結論づけています。
Penroseのモデルでは、先日この現象の推定を行ったところ、重力によって誘発される崩壊の証拠は、10の18乗個の超伝導量子ビット以上でなければ見られないことがわかりました。
もう一度強調しておきたいのですが、量子計算に対するこの懐疑論は少数派から来ているということです。大多数の物理学者は、それが正当化されるとは考えていません。
科学史の教訓と個人的見解
他方で、プレートテクトニクスや細菌理論はかつて周縁的な意見と見なされていましたが、正しいことが証明されました。だからこそ、皆さんにこのことを知っていただきたいのです。
個人的には、もし量子コンピュータが機能したら、私は祝杯を上げるでしょう。そして、もし機能しなかったら、それでも祝杯を上げるつもりです。
祝杯といえば、これが今年最後の動画です。
そして来年、私は新しいTシャツ、新しい背景、そしてさらなる科学ニュースとともに再登場します。それまで、皆さんが2026年を素晴らしいスタートで迎えられることを願っています。
Brilliantの紹介
どのように機能するのか? なぜなのか? もしあなたもこうした質問を自分に投げかけているなら、ぜひBrilliantをチェックしてみるべきです。
これは問題解決能力と批判的思考を実践するための素晴らしい方法です。Brilliantのすべてのコースにはインタラクティブな視覚化が備わっており、掘り下げた質問が付いています。ここで見ているものは、彼らの新しく更新された数学コースからのものです。
トピックがどれほど抽象的に思えても、Brilliantのコースは、私の頭に本当に入ってくる直感的な視覚化を提供してくれます。これは自分の知識を増やすための非常に効果的な方法だと感じました。そしてBrilliantは、科学、コンピュータサイエンス、数学の幅広い分野のトピックをカバーしています。一般的な科学的思考から専門コースまで、まさに私が興味を持っていることです。
面白そうですね。そう願っています。Brilliantを無料で試すことができます。
そして、私のリンクbrilliant.org/sabineを使うか、QRコードをスキャンすれば、年間プレミアムサブスクリプションが20%割引になります。ですから、ぜひ試してみてください。後悔しないと確信しています。
ご視聴ありがとうございました。また明日お会いしましょう。
コメント