量子コンピューティングは理論的には実現可能であり、少数の量子コンピュータが量子物理学や高度な数学といった分野の計算に応用されています。しかし、私たちの日常生活からはまだ遠いため、一般の人々がこの最先端技術にアクセスすることは困難です。

現在、カナダの量子コンピューティング企業D-Waveがこの現状を打破しようとしています。2013年にGoogleとNASAから共同投資を受け、オープンソースソフトウェアを通じて量子コンピューティング技術のさらなる普及を目指しています。

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従来のコンピュータにおける基本的な情報記憶単位は「ビット」であり、これは2進法の属性を持ちます。1ビットの情報は2進数の1ビットに含まれます。例えば、2進数0100​​は4ビットです。

一方、量子コンピューティングが依存する「量子」はそれほど単純ではありません。量子には「量子重ね合わせ」と呼ばれる奇妙な状態があり、これは観測されていない場合、同一の量子粒子が2点以上の点で同時に異なる状態に存在することを意味します。科学者たちはこの量子力学の特性を利用し、「量子ビット」と呼ばれる量子ビットを作り出しました。量子ビットは1と0の両方の状態を同時に表すことができます。「量子ビット」を用いて構築された量子コンピュータは、理論上、既存のコンピュータよりもはるかに高速であることは明らかです。

IBMは2000年に量子コンピュータを発表し、それ以来、技術の改良を続けてきました。一方、D-Waveの製品はより人気が高く、GoogleやNASAだけでなく、ロッキード・マーティンやロスアラモス国立研究所も関心を寄せています。

それでもなお、量子コンピュータを現実世界のシナリオに適用するには、依然として多くの課題が残されています。最も顕著なのは、量子ビットが非常に脆弱であり、重ね合わせ状態から容易に離脱してコンピュータが使用不能になってしまうことです。

第二に、量子コンピュータ技術の現在のレベルを考えると、それを正しく使用するには依然として高度な専門知識が必要であり、ほとんどの一般人にとっては躊躇するだろう。

この問題に対し、D-Wave社のボー・エワルド社長は「D-Wave社は量子コンピューターのハードウェアの開発とアップグレードを進めるために懸命に取り組んでいるが、それだけでは十分ではない。アプリケーションやソフトウェアツールの設計には他の人が関与する必要がある」と述べた。

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そこでD-Waveは、量子物理学の知識を必要とせずにD-Waveの量子コンピュータをプログラミングできるQbsolvというソフトウェアをリリースしました。D-Waveのパートナー企業のうち、少数のグループが既にこのソフトウェアを使用し、非常に好意的なフィードバックを得ていたため、誰もが参加できるようQbsolvをオープンソース化することを決定しました。

Qbsolvの開発に参加したコロラド大学ボルダー校の数学者フレッド・グローバー氏は、「コンピュータサイエンスの分野の専門家全員が量子コンピュータの将来の可能性を認識できるわけではないが、Qbsolvはこの技術を具体化する絶好の機会を提供し、より多くの研究者や実務家が将来の量子コンピュータの開発に参加するよう促すことができる」と述べた。

量子コンピューティングは誰でも利用できます。

D-Waveは、将来の量子コンピュータプログラマーの開発作業を支援するため、Qbsolvに類似した一連のソフトウェアツールの開発にも資金を提供しています。例えば、2016年にスコット・パキン氏が開発したQmasmは代表的な例です。パキン氏自身もロスアラモス国立研究所で働くQbsolvユーザーです。このソフトウェアにより、開発者は基盤となるハードウェアを介さずに直接コードを記述できるとされています。

エワルド氏はまた、D-Wave の目標は量子コンピューティング ソフトウェアのエコシステムを構築し、開発者がこのコミュニティに集まってアイデアを交換できるようにすることだとし、これを実現するにはオープンソース システムが不可欠だと述べた。

もちろん、すべての開発者のソフトウェアは実際の量子コンピュータ上で動作する必要があります。そうでなければ、その努力は無意味です。しかし、現在世界には量子コンピュータがほんの一握りしか存在せず、誰もが利用できるわけではありません。そのため、移行期間中、開発者はD-Waveエミュレータをダウンロードして、自分のコンピュータでソフトウェアをテストすることができます。このテストは理想的ではありませんが、少なくとも良いスタートとなるでしょう。

IBMは昨年、ユーザーがIBMの量子コンピュータ上で独自のプログラムを実行できるクラウドサービスを開始しました。一方、QbsolvとQmasmを用いて開発されたソフトウェアは、D-Wave独自の量子コンピュータ上でのみ動作します。これは、D-Waveのマシンが従来のコンピュータ、さらには他の量子コンピュータとは全く異なるアルゴリズムを使用しているためです。

私たちの周りにあるコンピューターは、スマートフォンからIBMの量子コンピューターまで、実に多種多様ですが、どれも同じ原理を共有しています。つまり、プログラミングによってあらゆる種類の問題を解決できるということです。しかし、D-Waveの量子コンピューターは、より明確な設計目的、つまり最適化問題の解決を目的としています。最も典型的な例は、特定の場所を通る最短ルートを計算する販売ルート問題です。

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D-Waveの開発初期には、批評家たちはD-Waveが実際に量子コンピュータとして機能しているのかどうかさえ疑問視していました。しかし、2015年にGoogleとNASAが共同でD-Waveに関する論文を発表した後、ほとんどの研究者がD-Waveを量子コンピュータとして認めました。現在、最大の疑問は、D-Waveの量子コンピュータが従来のコンピュータよりも高速であるかどうか、そしてその独自のアプローチがIBMなどの研究者が用いる手法よりも優れているかどうかです。

パキン氏は、D-Waveの潜在能力に大きな信頼を寄せているものの、まだ性能向上の兆候は見られないと述べた。さらに、D-Waveの量子コンピュータは最も効率的な解を提供するように設計されているのではなく、最も確率の高い解、あるいは完璧ではない解を可能な限り迅速に提供することを目指しており、これは多くの人工知能アプリケーションにとって非常に有用であると説明した。

しかし、理想的には、すべての計算問題は最適化問題に変換されるべきです。QbsolvとQmasmはこの目的のために開発されました。しかし、この目標を真に達成するには、D-Waveはオープンソースソフトウェアだけでなく、オープンソースコミュニティも必要とします。