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「量子超越性」とは、量子コンピュータの計算能力が従来のスーパーコンピュータよりも優れていることを証明する、という内容のものです。(※2)この論文には、Googleが独自に開発した量子コンピュータが、スーパーコンピュータが1万年かかる計算をわずか200秒で解いたと示す内容が書かれています。(※3)

量子コンピュータとは、従来のコンピュータが根本的に0と1の2つで情報を表していることに対して、「量子ビット」という単位を扱うことで0と1両方の状態も表すことができます。

従来のコンピュータと量子コンピュータの違いは、テーブルに着く人の最適な組み合わせを計算する例でわかります。

テーブルに着く何人かの人はそれぞれ、仲の良い人とそうではない人がいて、どのような組み合わせにすればもっとも会話が盛り上がるのかを考えるとします。従来のコンピュータはあらゆる組み合わせを最初に計算し、それぞれにおける会話の状況を順番に計算して最適解を導き出します。

これに対して量子コンピュータは、そのすべての組み合わせにおいて同時にその会話の状況を計算し検証することができます。これを応用すれば、セキュリティの要である暗号キーもすぐに解読できるとさえ言われています。

ただし量子コンピュータは複数の計算を同時に行えますが、導き出す答えは実は完全なものではありません。あくまでも正解を「高い確率で」導き出すにすぎないのです。そこで量子コンピュータには、その精度を高めるためのアルゴリズムが必要になります。アルゴリズムとは、問題を解く手順を具体的にプログラムにするための流れのことです。

このままでは量子コンピュータは実用性があるのかどうかが不透明ですし、本当に従来のスーパーコンピュータを上回る計算能力を持つのかどうかがわかりません。そこで、量子コンピュータの計算能力という側面にのみ注視して高速性を証明するものが、量子超越性になります。(※2)

その手段として、スーパーコンピュータに量子コンピュータの動作をシミュレーションさせて双方の計算速度を測定するという形で能力を比較しています。

量子超越性はGoogleが公開した論文により発表されたものです。そこでは、最速のスーパーコンピュータが1万年かかる問題を、53の量子ビットを搭載する量子コンピュータがわずか200秒で解けることを示しています。

しかしこれは量子コンピュータが単純に従来のスーパーコンピュータよりも高性能であるということを証明するものではありません。

そもそもスーパーコンピュータと大きな性能差を生み出せる量子コンピュータには、数千から数万という量子ビット数が必要になります。わずか数十量子ビットの量子コンピュータでこれまでのスーパーコンピュータとの明確な差を示すことは難しいとされます。

そこで、スーパーコンピュータよりも量子コンピュータが高速で計算できるような問題を設定することが必要になります。そのような視点から生み出した問題を使って計算能力の高さを示したのが、量子超越性ということです。

このように量子コンピュータの優位性を前提とした問題を作り上げて、スーパーコンピュータとの差を示すことに何の意味があるのでしょうか。実はここに、量子コンピュータをどのように活用するのかというヒントを見いだすことができます。(※5)

何かしらの問題を解くためのアプローチは、いろいろな方法が考えられます。その中で量子コンピュータが得意とする方法があれば、スーパーコンピュータでは時間がかかるところを、量子コンピュータですぐに解決できるかもしれません。

量子コンピュータはまだ実用化まで時間がかかりそうですし、はたしてスーパーコンピュータを超える存在になるのかも不透明です。しかし量子超越性が実証されたことで、少なくともアプローチによってはスーパーコンピュータを超える計算能力を持つことが示されたということは、これからの実用化に向けての大きな進展と言えます。