実用化されれば破壊的なインパクトを持つことで注目を集めている量子コンピュータ。この1年で、量子コンピュータの技術が急速に進展した。もし現在の技術トレンドが順調に続くならば実用的な量子コンピュータは2035年頃に登場すると期待できるが、乗り越えなければいけない技術課題も山積している。量子コンピュータ研究の最前線に立つ産業技術総合研究所（産総研）の川畑史郎氏に、現場研究者の視点で、研究開発の現状、課題、展望を解説してもらった。（JBpress）

■量子コンピュータは「夢のコンピュータ」なのか

「量子コンピュータ」とは、量子力学の原理を情報処理に積極的に利用したコンピュータである。

従来のコンピュータ（以下「古典コンピュータ」と呼ぶ）における情報の最小単位は0と1、すなわち「ビット」である。一方、量子コンピュータでは、0と1の重ね合わせ状態である「量子ビット」が情報処理の基本単位だ。もし、300量子ビットの量子コンピュータが存在すれば、2^300（2の300乗）の重ね合わせが実現できる。この数字は、宇宙を構成する全原子数2^261個よりも大きいという、天文学的に膨大な数である。量子コンピュータにおいては、この重ね合わせ状態に対して並列に情報処理を行う。その後、干渉効果を利用して答えが得られる確率を巧みに増幅して、答えを読み出す。

したがって、量子ビット数が1つ増えると並列度は2倍、量子ビットがn個増えると並列度は2^n倍、というように、指数関数的に増大する。一方古典コンピュータは「32ビットから64ビット」のようにビット数が2倍になると表現できる情報量が2倍になるだけで並列度は増大しない。このように、ビット（量子ビット）数と性能の関係が、量子コンピュータと古典コンピュータでは大きく異なる点に注意してほしい。

それでは、量子コンピュータは古典コンピュータの性能を圧倒的に上回る「夢のコンピュータ」なのだろうか？

実は、そう言い切ってしまうのはあまり正確ではない。古典コンピュータに対して量子コンピュータが指数関数的に高速になることが証明されている数学的問題はわずか60個程度である。だが、「それだけか」とがっかりする必要はない。その60個の中に、産業応用上極めて重要な問題が含まれている。それが、量子化学シミュレーションと量子機械学習である。つまり創薬（新薬の開発）、新材料設計、人工知能などの分野では、商用化された量子コンピュータによって圧倒的な処理性能が得られ、破壊的なインパクトがもたらされると期待されている。

>>2につづく
http://jbpress.ismedia.jp/articles/-/54979

■1年ちょっとで量子ビット数の向上が急加速

量子コンピュータ分野での最近の話題は、この1年ちょっとの間に集積度が驚異的に向上したことである。

現在、Google、Intel、IBM、MicrosoftといったIT業界の巨人に加えて数多くのベンチャー企業が量子コンピュータの開発を行っている。量子コンピュータを実現するための技術は何種類かに大別できるが、2018年現在、技術的に最も開発が進んでいるハードウェアは、超伝導体を用いる方式である。

超伝導体とは、ある温度以下で電気抵抗が0になる物質である。超伝導量子コンピュータは、10mK（ミリケルビン、ケルビンは絶対温度の単位で0Kが－273.15℃）という非常に低い温度で動作する。世界初の超伝導量子ビットは、1999年にNECの中村泰信（現東京大学・理化学研究所）と蔡兆申（現東京理科大学・理化学研究所）によって実現した。NECによる歴史的偉業の後、集積化に向けた研究が世界中で行われるようになった。

1999年から18年を経た2017年4月における集積度の世界記録はGoogleの9量子ビットだった。ところが、2017年5月にIBMとIntelがともに17量子ビットの超伝導量子コンピュータを製造したことを皮切りに、50量子ビット（IBM）、49量子ビット（Intel）と発表が相次ぎ、2018年3月にはGoogleが72量子ビットの量子コンピュータを製造したと発表した。わずか1年で劇的な進歩があったのである(＊1)。

＊1　ただし、実際に超伝導量子コンピュータの動作に成功しているのはIBM（20量子ビット）、Rigetti Computing（19量子ビット）、中国科学技術大学（12量子ビット）、Alibaba（11量子ビット）、Google（9量子ビット）だけである。2018年12月現在、Google、IBM、Intelは49～72量子ビット級の中規模量子コンピュータを評価中である。

ちなみに、2018年12月にはアメリカのベンチャー企業IonQが、超伝導体方式とは異なるイオントラップ方式で79量子ビットの量子コンピュータの実現に成功したと発表した。

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それまでの超伝導量子コンピュータの量子ビット数（集積度）は上図の赤線で示すように指数関数的ではあるがゆっくりとした速度で成長していた。ところが2017年以降の集積度をプロットすると上図の青線のように急加速したことがわかる。Intel創業者の一人ゴードン・ムーアが、1965年に提唱した「半導体の集積度は18カ月で2倍になる」というのが「ムーアの法則」としてよく知られているが、量子コンピュータでも同様のことが言えそうだ。これは「量子版ムーアの法則」と呼べるだろう。

極めて楽観的な予測ではあるが、もしこの新しいトレンド（図の青線）が順調に続くのであれば、2035年頃に100万量子ビット級の実用的な量子コンピュータが実現すると期待できる。