2022.02.25
コンピューターが発展した現代において、コンピューターの処理能力は重要な要素です。従来のコンピューターでは処理速度の高速化に限界がくるとされている中、注目を集めているのが量子コンピューターです。長年研究開発が進められてきましたが、未だ本格的なビジネスへの応用にまでは至っていません。本稿ではこの量子コンピューターについて、現状や課題、将来の可能性をご紹介します。
量子コンピューターの紹介
量子コンピューターとは
量子コンピューターとは量子力学の現象を情報処理技術に利用することで、複雑な計算を可能にしたコンピューターです。詳細な説明は割愛しますが、量子重ね合わせや量子もつれなど量子力学に特有の現象があり、この現象を利用することでコンピューターの並列計算を可能にしています。
従来のコンピューターとの違い
量子コンピューターと従来のコンピューターとの違いは計算速度です。従来のコンピューターでは処理速度の高速化にいつかは限界がくるとされていましたが、量子コンピューターではその限界を超える可能性が期待されています。従来のコンピューターだと膨大な時間が必要となる計算も、量子コンピューターでは短時間で解けます。計算速度にこのような差ができる理由は計算方法の違いです。従来のコンピューターは0か1のどちらかの値であらわすビットを最小単位として計算しています。一方、量子コンピューターでは0と1が重ね合わせの状態にあり、この0でも1でもあるものを量子ビットとして計算に使用しています。ビットを使用する従来のコンピューターではすべての入力に対しその都度計算が必要です。しかし、量子コンピューターは量子ビットの重なり合いの性質を利用することで、すべての入力に対し一括で計算が可能なのです。
現在の状況と今後の課題
2021年現在の状況
量子コンピューターは問題の解き方の違いにより量子ゲート方式と量子アニーリング方式の2つに大きく分けられます。さまざまな企業や研究者が研究開発を進めてきましたが、本格的なビジネスへの応用はできていません。その理由は扱える問題のサイズの小ささと計算のエラー率にあります。現在の技術では従来のコンピューターに搭載されているビットの大きさと同等の量子ビットを量子コンピューターに搭載する技術がありません。従来のコンピューターのビットと違い一括計算が可能な量子ビットでも、搭載される規模が小さければ複雑な計算はできません。また、従来のコンピューターに比べると計算でエラーを出す確率が高くなります。上記の理由から、現状はベースの計算は従来のコンピューターで行い、量子コンピューターが得意な部分のみ切り出して計算させる方法がとられています。2019年にはアメリカグーグル社より従来のコンピューターでは1万年かかるとされる計算を約200秒処理する量子コンピューターの開発が発表されました。この発表により今後のさらなる実用化が期待されるようになっています。
今後の課題
今後の課題は、量子ビットを増やすことで扱える問題のサイズを大きくすることと、計算の精度を高めることです。そのためにはエラーを随時訂正する仕組みを構築せねばなりません。量子ビットは熱のような外部要因によりノイズや量子ビット同士の干渉などが起こすことから設定通りの動作をしないことがあり、その結果として演算に誤りが生じてしまいます。このような事態を防ぐには、計算の途中で誤りを検知し訂正することで正しい計算を続けられる仕組みを作らねばなりません。
実用化により見える将来性
量子コンピューターの得意分野は最適化問題であり、その技術を利用することでビッグデータの解析技術が向上すると言われています。そこで具体的にどのようなことができるようになるか、その一部をご紹介します。
交通渋滞の緩和
量子コンピューターは自動運転のシステム構築にも役立ちます。交通状況を判断し、交通量の少ない道路を選択して運転するので、交通渋滞の緩和が可能です。また、訪問先が複数ある時にも効果的で、効率的にすべてを巡回するルートを見つけられます。
新薬開発のスピードアップ
ビッグデータの解析技術向上はシミュレーションを行う際に膨大なデータを掛け合わせることを可能にします。分子の構造分析を通じて新薬開発の飛躍的なスピードアップが期待されています。
AI能力の向上
機械学習の分野には組み合わせに量子コンピューターの得意分野である最適化問題を含む要素が多くあります。そのため、量子コンピューターによってAI開発が飛躍的に発展するとされています。
暗号の解読容易化
金融分野を中心に広く採用されている暗号の解読が容易になる可能性が示唆されており、近い将来には現在暗号に採用されている方式が役に立たなくなると言われています。そのため、新しい暗号方式やセキュリティ対策の開発が進められています。
量子コンピューターの進歩はまだまだこれから
長年の研究開発の結果、量子コンピューターはここ数年で大きな前進を見せました。2021年以降のさらなる進歩を期待されており、さまざまな分野への利用が検討されています。これからの量子コンピューターの進化に期待しましょう。
参考：
