量子コンピューティングの「時代」を振り返って、私たちはどのようにして素晴らしいデジタル世界を「編み上げた」のでしょうか?

チューリングの独創的なアイデアから現代のマイクロチップまで、また最初の巨大な脳から手のひらサイズのスマートフォンまで、コンピュータの進化の歴史は人類の知恵の飛躍の歴史です。

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どこから始めればいいのでしょうか?起源はここから

長い歴史の中で、数学の魔術師アラン・チューリングは、その天才的な創造力によって、チューリングマシンという機械を私たちにもたらしました。この機械は戦争の流れを変えただけでなく、社会の方向性も静かに変えました。

チューリングはロンドンの裕福な家庭で育った。彼は14歳でアメリカのシャーボーンスクールに入学し、科学研究の道を歩み始めました。歴史の車輪は動き続け、第二次世界大戦の戦火が容赦なく彼の学問の夢を阻んだ。当時、ドイツは戦争に勝つために暗号機器をアップグレードし、「エニグマ暗号機」または「エニグマ機」としても知られるエンゲル暗号機を使い始めました。これは、解読がいかに困難であったかを示しています。

ドイツの暗号装置の厳しさのため、重要な軍事情報に直面した際、英国の諜報機関は混乱を招く情報しか監視できなかった。アメリカやフランスも同様の状況に直面している。各国は次第に事態の深刻さに気づき、インゲルソン暗号の解読に注目し始めた。

1939 年の秋、チューリングはエニグマ暗号機の解読の任務を託されました。 「これらすべての技術を組み合わせると何が構築できるでしょうか？」この質問に対する答えは、当時、他の人々にとっては「おとぎ話」のように思われた。

「コンピューターは作れるよ！」数え切れないほどの日々と夜を経て、チューリングと彼のチームメンバーはドイツのエンゲルス暗号を解読するマシンを設計し、構築しました。これが世界初の軍用コンピューター、チューリングマシンでした。

その後、チューリングマシンは軍隊で広く使用されるようになりました。

1941年、イギリスの諜報機関はチューリングマシンを使ってドイツ軍からの秘密メッセージを正確に解読し、世界最強の巨大装甲戦艦ビスマルクの行軍ルートを容易に入手した。チューリングマシンは、ドイツ軍にこれほど大きな損失をもたらすのに不可欠な役割を果たしました。

どうやって生まれたのでしょうか？根や芽はどれくらいの速さで根付くのでしょうか?

チューリングマシンが人類の英知の海に波紋を起こして以来、コンピュータの開発は壮大な旅を始めました。この技術の波は、コンピュータ技術の急速な発展を促進しただけでなく、前例のない計算能力をもたらしました。時間が経つにつれ、従来のコンピューティング方法は徐々に物理的な限界に近づいており、量子コンピューティングの出現はコンピューティング能力のさらなる飛躍を告げています。

現在、量子コンピューティングから量子コンピュータへの開発は、まだ初期段階を過ぎたばかりです。特定の問題に関して従来のスーパーコンピュータをはるかに超える計算能力という目標を達成するには、少なくとも約 50 個の量子ビットの正確な制御が必要であると科学者たちは認識していますが、これは極めて困難な目標です。

現在、世界で「量子超越性」を達成したと発表した量子コンピュータはわずか 4 台です。これは、これらのコンピュータが特定のタスクにおいて最も強力な従来のコンピュータよりも優れた性能を発揮することを意味する重要なマイルストーンです。我が国の光量子コンピュータ「九章」と超伝導量子コンピュータ「祖崇志II」がそのうちの2つを占めていることは誇るに値する。

九章は古代の数学論文『九章算書』に由来します。この本は西暦1世紀頃に完成しました。戦国時代、秦、漢の時代の数学の成果をまとめたものであり、数学の古典の第一として常に尊敬されてきました。この本を記念して、私たちはこの本にちなんで「九章」量子コンピュータと名付けました。

2020年、「九章」光量子コンピューティングプロトタイプは、最大76個の光子によるガウスボソンサンプリング問題を、従来のスーパーコンピューターを上回る速度で解決しました。これは光学システムに基づく量子コンピューティングの優位性を達成した世界初の事例であり、中国は世界で2番目に「量子超越性」を達成した国となった。

ガウスボソンサンプリング問題は少し複雑に聞こえるかもしれませんが、簡単な例で理解してみましょう。

巨大な図書館にいて、いくつかの特定の本を見つける必要があるとします。従来のコンピュータを使用すると、一度に 1 冊ずつ本を検索する必要があり、非常に時間がかかります。

しかし、量子コンピュータがあれば、図書館全体のすべての本を一度に調べて、必要なものを素早く見つけることができます。ガウスボソンのサンプリング数が多いほど、膨大な数の可能性をふるいにかけて量子状態の適切な組み合わせをより速く見つけることができます。

以上が「九章」光量子コンピューティングプロトタイプの簡単な概要です。 「祖崇志」超伝導量子コンピューティングプロトタイプも同様に重要です。

「祖崇志」という名前は、並外れた才能で円周率の計算を新たなレベルに押し上げた古代の数学者祖崇志に由来しています。

2021年、私たちは彼にちなんで超伝導量子コンピューティングのプロトタイプを「Zu Chongzhi」と名付けました。この量子コンピュータは、62 個の超伝導量子ビットを備え、当時世界最大の超伝導量子ビット数を備えたプログラム可能な超伝導量子コンピューティングのプロトタイプであり、複雑なコンピューティング問題を次々と解決することができました。

2021年には量子ビット数が66ビットに達した「祖崇志2号」を迎えました。

たとえば、量子ビットの数が 66 ビットに達すると、量子コンピュータは巨大な並列処理能力を持つようになり、同時に複数の異なる状態が存在できるようになります。つまり、従来のコンピューターよりもはるかに効率的に、一度に大量の情報を処理できるということです。

「九章」と超伝導量子コンピュータ「祖崇志2号」の誕生により、中国は超伝導量子と光量子物理システムの両方で「量子コンピューティングの優位性」を達成した世界で唯一の国となった。なんと誇らしい成果でしょう！

量子コンピューティングは開発における新たなブレークスルーをもたらした

量子コンピューティングの潜在力と利点に基づき、2023年に中国科学院量子イノベーション研究所の指導の下、Guodun Quantumは、祖崇志と同じサイズの176ビット量子コンピューターに接続された新世代の量子コンピューティングクラウドプラットフォームを立ち上げました。

国屯量子コンピューティングクラウドプラットフォームは、中国のクラウドプラットフォーム上の超伝導量子コンピュータビット数の記録を更新しました。これは、超伝導量子ルートで量子優位性を実現する可能性を秘めた、一般に公開された初の量子コンピューティング クラウド プラットフォームです。量子コンピューティングのソフトウェアとハ​​ードウェアの開発、エコシステムの構築をさらに推進します。

さらに、Guodun Quantumは、China Telecom Quantum Groupの「Tianyan」量子コンピューティングクラウドプラットフォームとChina Telecomの「Tianyi Cloud」スーパーコンピューティングプラットフォームの接続を支援し、「Tianyi Cloud」スーパーコンピューティング機能と176量子ビットの超伝導量子コンピューティング機能の統合を実現しました。

上記のクラウドプラットフォームはすべて、「Snapdragon」チップをベースに開発された量子コンピューティングマシンに接続する予定です。 500 ビット以上の量子コンピュータへのクラウド アクセスは、さまざまな分野のユーザーが実用的な価値のある問題やアルゴリズムの研究を効率的に実行できるようにサポートし、実際のシナリオでの量子コンピューティングの適用を加速し、量子コンピューティング エコシステムの急速な発展をリードします。

現在までに、我が国の量子コンピューティングは、追随・並走から部分的に先行する段階へと歴史的な飛躍を遂げたと言えるでしょう。では、量子コンピューティングの将来はどうなるのでしょうか?

中国科学院院士であり中国科学技術大学の教授である潘建偉氏がこの質問に答えた。

「今後 3 ～ 5 年で、特定の物理的問題や化学物質の問題を解決する応用例が 1 つまたは 2 つ見つかることを期待しています。これらの問題はスーパーコンピュータでは解決できず、専用の量子コンピュータまたは量子シミュレータで解決する必要があります。近い将来、量子コンピューティングは比較的順調に進歩するでしょう。」

量子コンピューティングの未来は無限の可能性に満ちています。この技術革命の到来を一緒に待ち、見守りましょう!この記事はChina Telecom Quantumより