新しい量子マシンはGoogle製の100万倍の速度で動作する
新しい量子マシンはGoogle製の100万倍の速度で動作する / /Credit:Dongxin Gao et al . Physical Review Letters (2025)
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新しい量子マシンはGoogle製の100万倍の速度で動作する

2025.03.12 22:00:48 Wednesday

「量子コンピューター」が、いよいよ本格的に超越性を発揮し始めました。

中国科学技術大学(USTC)で行われた研究によって開発された新型プロセッサ「Zuchongzhi 3.0」は、Googleの有名な量子マシン「Sycamore」と計算性能などが約100万倍にもなるという推定が出されました。

もし古典的なスーパーコンピューター「Frontier」で同じ計算を試みると、およそ64億年――地球の歴史をはるかに超える時間が必要になるとも試算されています。

この驚くべき成果は、一体どのように達成されたのでしょうか?

研究内容の詳細は『Physical Review Letters』にて発表されました。

Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.090601?_gl=1*1g47cio*_ga*NDc0MDg5NTkwLjE3MjAzOTI3NTM.*_ga_ZS5V2B2DR1*MTc0MTc4MTI0MC45OC4wLjE3NDE3ODEyNDAuMC4wLjE3NzU4ODk5Mjk.

量子超越性をめぐる競争とZuchongzhi 3.0の狙い

新しい量子マシンはGoogle製の100万倍の速度で動作する
新しい量子マシンはGoogle製の100万倍の速度で動作する / 上の表は、いくつかの量子計算実験を、従来のスーパーコンピューターで再現するのにどれだけ膨大な計算力が必要かを示しています。 例えば、Googleの「Sycamore」や中国の「Zuchongzhi」シリーズの実験があり、実験の規模が大きくなるほど、その計算量は指数関数的に増えていきます。 表では、各実験で必要とされる計算ステップ数や、使用するメモリ容量(現実的な値と仮想的に大量のメモリを使った場合)が示され、シミュレーションに必要な時間も記載されています。 小規模な実験ではスーパーコンピューターでも数秒や数分で計算できるのに対し、規模が大きくなると計算に必要な時間が何十億年にも及ぶと予測されることがわかります。 このように、量子コンピューターが実際に計算を行う場合と、従来のコンピューターで同じ結果を出す場合の差が非常に大きいことを数値的に理解できるでしょう。/Credit:Dongxin Gao et al . Physical Review Letters (2025)

量子コンピューターの性能が世界的に注目されるようになった大きなきっかけは、先述のGoogleによる“量子超越性”の主張でした。

スーパーコンピューターでのシミュレーションが極めて難しいとされるランダムサーキットサンプリングを高速にこなし、量子計算ならではの実力を世に示したのです。

この成果を機に、各国の研究グループはもっと大規模・高精度な回路やゲート操作に挑むことで、量子コンピューターが古典コンピューターをどこまで上回れるのかを探り始めました。

一方、中国のZuchongzhiシリーズも、超伝導量子プロセッサとしてGoogleのSycamoreに匹敵する存在感を放ってきました。

鍵となるのは、より多くの量子ビットを詰め込みつつ、操作や測定の誤差をいかに抑えるかという点です。

Googleは67量子ビットや70量子ビットの実験で先行していましたが、中国のZuchongzhiも量子ビット数を伸ばしつつ忠実度を高め、最先端レースに食らいついてきました。

そうした競合のなか、Zuchongzhi 3.0は一挙に105量子ビットという大規模化を実現すると同時に、単一ビットや二量子ビットのゲート操作、測定の正確性を大幅に向上させることに成功。

大規模かつ正確に量子回路を運用できる基盤が整ったことで、これまで扱いが難しかった複雑な問題に挑戦する余地が大きく広がったのです。

そこで研究者たちは、古典コンピューターとの性能格差を改めて検証しようと考えました。

次ページわずか数百秒で4億サンプル:実験が証明する性能格差

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