IBMの野心的な100万量子ビット量子コンピュータ計画

世界最古のテクノロジー企業の 1 つである IBM は冷蔵庫を製造しています。 それ自体は前例のないことではありません。 他のテクノロジー企業は、 以前に冷蔵庫を作りました. LG は、Wi-Fi 接続の優れた LG InstaView Door-in-Door スマート冷蔵庫を販売しています。 もう 1 つの世界的なデバイス メーカーである Samsung は、パワー クール機能を備えた優れた RF23J9011SR 4 ドア フレックスを製造しています。

しかし、IBMの冷蔵庫（まだ開発中）は違います。 実際には全く違います。 高さ10フィート、幅6フィートという点で巨大になるだろう。 また、宇宙よりも寒い約15ミリケルビン、つまり華氏マイナス459度という想像を絶する寒さになるだろう。 名前の由来もジェームズ・ボンド映画「ゴールデンアイ」にちなんで付けられています。

ただし、ありふれたキッチン冷蔵庫との最大の違いは、その予定されている内容です。 内蔵の卵ホルダー、野菜の引き出し、季節限定のエッグノッグを置くスペースなどを期待しないでください。 その代わりに、世界初の 100 万量子ビット量子コンピューターが構築されることになります。

「量子効果が発現するには、[量子コンピュータ]を極度の低温まで冷却する必要があります。」 ジェリー・チョウIBMの量子ハードウェアシステム開発担当ディレクターはDigital Trendsに語った。 「実際、プロセッサ自体を含めたすべてのインフラストラクチャには、特に規模を拡大する場合に、かなりの量の冷却が必要ですよね?」

チョウ氏と彼のチームが、IBM が 冷凍事業に参入するために本当に必要だった - 少なくともそれ自体の量子に関しては コンピューター。 まず、現在の冷却能力には限界があります。 さらに、真空の完全性の維持や、冷却に必要なさまざまなコンポーネントの重量のバランスなどの問題もあります。 コンピューター科学者のアラン・ケイはかつて、ソフトウェアに真剣に取り組む企業は独自のハードウェアも構築すべきであると述べました。 おそらく、これと量子に相当するのは、量子コンピューティングに真剣に取り組んでいる企業が、独自の量子コンピュータを構築するだけでなく、それを収容する独自の冷蔵庫も構築する必要があるということです。

「単に裏のスケーリングを行っただけでは、ある時点で商用ベンダーから得られるものでは不十分であることがわかり始めます」とチョウ氏は言います。 「それをどうやって超えていくかを考え始めなければなりません。」

量子コンピューティングはなぜこれほどまでに異なり、魅力的なのでしょうか?

IBM のスーパー冷蔵庫は、ある意味、危険なニシンです。 それは、納車したテスラのために新しい豪華なガレージを建てるようなものです。 確かに、あなたが設置した豪華なリモコン付きガレージドアは魅力的ですが、そうではありません の 刺激的なビット。 この例えで言えば、新しい Tesla Model S または Cyber​​truck は、IBM が計画している 100 万量子ビット量子です。 そして、IBMが計画通りにそれを製造できれば、それは世界で最も洗練された冷蔵庫に匹敵する以上の素晴らしいものになるだろう。

量子コンピューターは 1980 年代にアメリカの物理学者ポール ベニオフによって最初に提案されましたが、その基礎となる量子力学は以前に遡ります。 1920 年代まで、物理学者たちは、特定の実験が彼らの現在の理解では予測した結果をもたらさないことに気づき始めました。 物理。 リチャード・ファインマン、デヴィッド・ドイチュ、ユーリ・マニンらは、チューリングマシンの量子力学モデルのアイデアに着目し、次のように示唆した。 量子コンピューターを使用すれば、古典的なコンピューターでは単純にシミュレートできないものを、古典的な方法でシミュレートできる可能性があるということ 物理。 1994 年、ダン サイモンは、量子コンピューターが次のような可能性があることを示しました。 従来のコンピューターよりも飛躍的に高速.

量子との大きな違いの 1 つは、重ね合わせの概念です。 古典的なコンピューターは、A または B (または、2 進法で 1 または 0) の状態になります。 量子コンピューターは、この 2 つを組み合わせたものになる可能性があります。 （それは シュレーディンガーの猫の思考実験 この場合、箱の中の猫は生きているか死んでいるか、あるいは生きていながら同時に死んでいる可能性があります。）そして、他の概念もあります。 崩壊、不確実性、もつれなど、量子コンピューターはあなたや私が育ったものとは大きく異なります。 の上。

古典的なコンピューターがビットで動作するのと同じように、量子コンピューターは量子ビットと呼ばれるもので動作します。 現在、IBM の現在最大の量子コンピューターは 65 量子ビットを備えています。 2023年までに1,000量子ビットを備えたものを構築したいと考えている。 そしてその後いつか — 同社は日付を約束していないが、ロードマップには確実に載っている — 同社は100万量子ビットのマシンを構築する予定だ。

65 量子ビットから 100 万量子ビットへの飛躍はかなりの飛躍です。 しかし、コンピューティングは、古典的なコンピューティングであっても、指数関数的な飛躍に関しては非常に優れていることがわかります。 ムーアの法則 回路基板に取り付けられるトランジスタの数は、約 2 年ごとに 2 倍になると述べています。 量子がムーアの法則に最も近いのは、2002 年にジョーディ ローズによって定式化されたローズの法則と呼ばれるものです。 ローズの法則によれば、量子コンピューター内の量子ビットの数は数年ごとに 2 倍になります。

ムーアの法則と比較して、ローズの法則の意味はおそらくさらに深いものです。なぜなら、ピーター・ディアマンディスとスティーブン・コトラーが著書で述べているように、 未来はあなたが思っているよりも速いです: 融合テクノロジーがビジネス、産業、そして私たちの生活をどのように変革しているか, 重ね合わせの量子ビットは、トランジスタのバイナリビットよりもはるかに強力です。

「より多く」が常に「より良い」とは限らないため、この概念に対する IBM の概念的調整の 1 つは、IBM が量子ボリュームと呼ぶ、より微妙な概念に基づいています。 「量子ビットの物理的な数を増やすだけではありません」とチョウ氏は言う。 「結局のところ、重要なのは量子ビットの数とそのパフォーマンスの両方です。 量子ビットがデコヒーリングして量子情報が消失する前に、そのハードウェア上で実際にどの程度の規模の回路を実行できるか。 量子の体積はそのような指標です。」

量子コンピューターを期待するときに何を期待するか

量子力学の創設者の一人であるニールス・ボーアは、「私たちが本物と呼ぶものはすべて、本物とはみなせないものでできている」と述べました。 量子重ね合わせの前提を考えると、今日の量子コンピューターは、ここではなく、奇妙な黄昏の世界に存在するのが適切かもしれません。 ここ。 IBM は、機能する量子コンピューターを構築した企業の 1 つにすぎません (Google、Baidu、Amazon などは他の大手企業です)。 量子アルゴリズムも — 場合によっては、人々が構築した量子コンピューターではまだ効果的に実行できないものもあります。

しかし、概念の証明や興奮の原因はすべてありますが、世界はまだ量子コンピューティングの巨大な力の利用に近づいていないと言えるでしょう。 「実際のアプリケーションに関して（量子コンピューティングが）何を伴うのかは、まだ完全にはわかっていません」とチョウ氏は言う。

計算化学や金融など、最もエキサイティングな潜在的なユースケースのいくつか モデリング、サイバーセキュリティ、暗号通貨、または高度な予測 - 量子の中で幽霊のまま 機械。 少なくとも今のところは。

IBM が量子コンピューティングに注目するのはなぜですか? 「私たちが焦点を当てているのは、コンピューティングの未来をどのように提供するかです」とチョウ氏は述べています。 量子はその未来において避けられない部分です。

量子コンピューティングは、IBM の将来への 3 つの大きな賭けの 1 つです。 この三位一体の未来テクノロジーは、量子コンピューティング、人工知能、クラウドで構成されています。 しかし、これは、貯蓄を有望な新興企業 3 社に投資する場合のような個人的な賭けではありません。 3人のうちの1人がユニコーンになるチャンスがあり、それによって被った損失を補って余りあるものになると信じている。 他の2つ。

たとえば、Quantum は AI にとって大きな変革をもたらす可能性があります。 人工知能、そして最も具体的には、 機械学習 — 古典的なコンピューティング アーキテクチャを使用して驚くべき進歩を遂げてきました。 しかし、量子はさらに高速化することを約束しています。 現在の機械学習アルゴリズムの量子バージョン (あるいは、まったく新しい、はるかに高速なバージョン) 代替案）は、膨大なデータ駆動型 AI を実行できるようになります。 計算が大幅に高速化 レート。 データから生じる気の遠くなるような数の次元を処理し、それらを大規模な量子特徴空間にマッピングできるようになります。 量子もつれを使用すると、従来の古典的なコンピューティングでは発見できない新しいパターンを発見できる可能性があります。

量子雲に浮かぶ

クラウドは、IBM の量子投資の基本的な部分でもあります。 大まかに言えば、古典的コンピューティングの人気の進歩は、メインフレームからミニコンピュータ、そしてパーソナルコンピュータへの移行でした。 1950 年代、人々はエアコンの効いた広い部屋でしか巨大なコンピューターにアクセスできませんでした。 1970 年代後半から 80 年代までには、人々は自宅にコンピューターを持っていました。 1990 年代までに、人々はバッグの中に入れて持ち運べるラップトップ コンピューターを持っていました。 今日、私たちはポケットに入れて持ち歩くスマートフォンの形をしたコンピューターを持っています。

量子コンピューターの要件 (極度の冷却など) により、量子コンピューターでも同様のフォーム ファクターの変化が起こる可能性は低いと思われます。

「（物理的な量子コンピューターを）机の上に置くという点では、私は間違っているかもしれないが、そうなるかどうかは私には明らかではない」とチョウ氏は語った。 「あなたが構築するシステムのほとんどは、超伝導システムであっても、このレベルの量子コヒーレンスを必要とします。 またはトラップされたイオンはすべて、それらを維持するために、特に規模が拡大するにつれて、かなりのインフラストラクチャを必要とします 上。"

しかし、ここでクラウド コンピューティングの破壊が問題になります。 クラウド コンピューティングとは、ユーザーが物理的に同じ近くにいるかどうかに関係なく、スーパーコンピューターの機能にアクセスできることを意味します。 20 年前のように、コンピューティング能力やストレージは、机上で利用できるハードウェアに限定されなくなりました。

「今日では多くのことがクラウド上で行われており、人々はそれに気づきません」とチョウ氏は言う。 「人は、何かが自分自身で処理されていないことに何度気づいたことでしょう。 ラップトップ それとも自分の電話で、しかしどこか別の場所で？ それがクラウド上の量子がどのように機能するかです。」

ある程度、これが量子コンピューティングの仕組みです すでに 働く。 2016 年 5 月に、IBM は 量子体験、5 量子ビットの量子プロセッサと接続されたマッチング シミュレーターで、ユーザーは量子コンピューター システムで実験を実行できます。 現在までに、IBM Quantum は 32 個の量子プロセッサをクラウド上に展開し、世界中の 280,000 人以上のユーザーが合計で毎日 10 億以上の量子回路を実行しています。 より強力な量子コンピューターが利用可能になると、ユーザーはこれらにもクラウド経由でアクセスできるようになります。

「従来のコンピューターで知られている最高の技術を使用すれば、自然に解決される問題が発生することになります」とチョウ氏は言います。 「しかし、これらの問題には、今日（高性能コンピューティング システムでさえ）解決するには複雑すぎる部分もあり、量子コンピューターに適している可能性があります。」

いいえ、量子コンピューターで Excel スプレッドシートを実行することは当分ありません (もしあったとしても)。 従来のコンピューターでは Excel を問題なく実行できます。 しかし、暗号化や機械学習の改善など、アプリケーションの一部で量子機能を活用できる可能性は確かにあります。 さらに魅力的で軽薄な例がいくつかあるかもしれません。 例えば、 ジェームス・ウートン、別の IBM エンジニアは、量子コンピューティングを使用して次のことを行っています。 コンピュータ ゲーム内でのランダムな地形生成. 想像を絶する程度までプレイするたびに、ゲーム自体が完全に再構成されるゲームを夢見たことがありますか? クォンタムがあなたの答えです。

ハイブリッドモデル

「これがハイブリッド クラウド コンピューティング モデルの意味するところです」と Chow 氏は言います。 「問題のワークロードがコンピューターに入力され、適切な部分が古典的なコンピューターに送られ、他の部分が量子コンピューターに送られることになります。 すると解決策が出てきます。 それはあなたが想像できる未来の姿です。 [Quantum is] は [古典的なコンピューターの] 代替品ではありませんが、確実に連携して機能するでしょう。」

IBMは、100万量子ビットのコンピューターを正確にいつ出荷するか、さらに言えば、ゴールデンアイ冷蔵庫がいつ完成するかについては明言していない。 しかし、量子コンピューティングがゲームチェンジャーになるという同社の信念は非常に明確です。

で 今年初めに IBM のブログに書かれた投稿, IBMのフェローで量子コンピューティング担当副社長のジェイ・ガンベッタ氏は、次世代のIBM量子コンピューターを月面着陸をもたらしたアポロ計画に例えた。 それはまさに比較です。 それも正確かもしれません。

ここ 2020 年には、 新月着陸 ここ数十年で比べて、興味をそそられるほど近づいているということは、ほんの数年前よりもはるかに明るい比較のように聞こえます。 待つ価値は十分にあるはずです。

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