量子コンピュータの強気市場

株や投資に関する番組の司会をしている有名なテレビタレントは、「強気相場は必ずどこかにある」と好んで主張します。つまり、投資家の関心を集めている分野が必ずあるということです。米国の株式市場が2008年以来最悪の年を終えたことを考えると、その格言は否定されたと思うかもしれません。しかし、最近、強気な市場が見られるのは、熱狂に沸く量子コンピューティングの分野だと思います。

量子コンピューティングの熱狂を生み出したと思われる出来事は、量子粒子のもつれに関する研究でフランスの物理学者アラン・アスペ、オーストリアのアントン・ザイリンガー、米国のジョン・クラウザーが2022年のノーベル物理学賞を受賞したことです。量子コンピューティングの核となるのは、絡み合った量子粒子です。

量子コンピュータは、バグが解消されれば、数学の新境地を開き、工業薬品や医薬品の開発に革命をもたらすと考えられています。しかし、識者の想像力を刺激しているのは、量子コンピューティングの影の側面にあるようです。量子コンピュータは、現在使われているあらゆる暗号化プロトコルを解読し、あらゆる種類の大混乱を引き起こす可能性があると懸念されています。暗号鍵は、金融取引や人気のあるテキストメッセージアプリなど、ほとんどのオンライン通信を保護します。実用的な量子コンピュータであれば、1日もかからずにこの鍵を解読できると思われます。ある著名なサイバーセキュリティ企業のCEOは最近、悪意のある犯罪者やその他の行為者はすでに「今すぐ保存、後で復号」という攻撃を行っていると報告しました。この攻撃は、データを今盗み、将来、まだ構築されていない量子コンピュータで復号化するというものです。

米国国土安全保障省は、このような暗号解読は2030年までに実現可能であると主張しています。暗号化された独自のデータを多く持つ関連機関にとっては、難問です。軍事機関、政府情報機関、金融機関は、おそらく量子コンピューティングに不安を感じていることでしょう。NIST（米国標準技術研究所）がNational Cybersecurity Center of Excellenceと呼ばれるものを立ち上げたのも不思議ではありません。その目的は、量子コンピュータが解読できないポスト量子暗号を開発することです。

7年後の量子コンピューティングの危険性について過敏になる前に、この技術が現在どのような状況にあるのかを確認することは有益かもしれません。慶應義塾大学の研究者は、「量子コンピュータは、1980年代後半の古典コンピュータの状況と同じような段階にある」と述べています。しかし、その考えは楽観的なように思われます。1980年代後半にコンピュータが一般向けに店頭販売されていたのに対し、量子コンピュータは現在、研究所の中にしか存在せず、研究者のチームによって操作されなければなりません。現在、量子コンピュータは、計算性能が非常に低く、ほとんどすべてのタスクで失敗しています。最高性能の量子コンピュータは、433量子ビットのIBM Ospreyです。

Googleが開発しているSycamoreという量子コンピュータを考えてみましょう。現在、54量子ビットのプロセッサを搭載しており、超伝導部品が使用できるほど安定するまでは、高さ6フィートの液体窒素のシリンダに少なくとも1日は入れておかなければなりません。Sycamoreの成果の1つに、4つまで数えることができるという報告があります。そして、Sycamoreプロセッサは、平均して1000ステップごとにエラーを起こすと報告されています。

もちろん、量子コンピュータで有用な仕事をするには、1000ステップよりはるかに多くのステップが必要です。量子コンピュータが実行するアルゴリズムは、基本的に行列ベクトル乗算で構成されています。意味のある結果を得るためには、プログラムを何万回も実行し、信号処理技術で山のようなデータから結果を選別する必要があります。

現在の量子コンピュータでは、非常に多くのフォールトが発生するため、フォールトトレランスが大きな課題となっています。プロセッサの動作中に量子ビットの状態を検査すれば、状況は改善されると思うかもしれません。問題は、量子ビットを測定すると、計算の精度が落ちてしまうことです。また、問題を引き起こすのは意識的な観測者による測定だけでなく、環境との相互作用によっても、同じように結果を狂わせてしまうこともあります。

研究者の中には、1年後くらいに完全なフォールトトレラント量子ビットを初めて見ることができるかもしれないと考えている人もいます。しかし、フォールトトレラントな量子ビットを搭載できるコンピュータは、当分の間、巨大なものになる可能性があります。たとえば、Googleは、車1台分の大きさの冷凍庫に入る量子コンピュータの計画を立てています。

これらのことから、私の最初の技術管理者の言葉が思い出されます。彼は、楽観的な若手技術者たちに、初めての重要な設計プロジェクトが始まると、「お前たちはまだ知らない問題を抱えている」と言うのが好きでした。

量子コンピュータは、暗号解読機の前身というよりは、研究開発的な意味合いが強いようです。いずれは、米国国土安全保障省が心配するような超絶的な解読能力を持つ量子コンピュータが登場するかもしれません。しかし、私の昔の上司は、7年という時間枠を、まだ未熟な技術者たちの高揚感を否定したのと同じように否定するかもしれません。