「時間を曲げて」量子コンピューターの演算に利用する理論が発表 (3/3)

重力すら計算資源になる相対論的量子コンピューター

本研究が提案する「相対論的量子コンピューター」は、量子計算のあり方に新たな一石を投じる可能性があります。

もっとも大きな意義は、「通常なら計算の邪魔者と思われがちな相対論的効果（時間の遅れや空間のゆがみ）を、むしろ積極的に計算資源として活用できる」と示した点です。

従来、量子計算の研究は“止まった実験室”を前提としてきましたが、これからは衛星など高速移動体を利用した大規模ネットワークの時代が来るかもしれません。

そのとき相対論的効果をどう扱うかは、早晩避けて通れないテーマとなります。

今回の成果は、「高速で移動するビットを制御できれば、むしろ新しい計算手段が広がる」というポジティブな展望を与えてくれます。

では、この方式は従来の量子コンピューターとどこが違うのでしょうか。

ポイントは主に3つあります。

量子ゲートの制御パラメータが“ビットの運動”であること

従来はレーザーや電磁場を当ててビットの状態を回転させていましたが、本研究ではビットの軌道（速度や加速など）を変えることで、その固有時間を操作し、ゲート動作を実現します。

エンタングルメント（もつれ）生成が量子場を介すること

隣り合うビット同士を直接結合する代わりに、見えない量子場が情報の橋渡しを担います。

これにより、離れたビット同士でも相互作用が可能になり、空間的に柔軟な計算設計が期待できます。

ノイズの扱い方が独特であること

量子場との相互作用による揺らぎは大きなノイズ源と考えられていましたが、今回の研究では、特定のパラメータ領域でその影響をほぼ無視できると示されています。

高速運動による複雑な揺らぎを“うまく抑え込む”戦略が理論的に確立されたと言えます。

さらに将来的には、重力場が存在する一般相対論の領域にまで発想を拡張し、宇宙空間や極限環境での量子計算を視野に入れることも考えられます。

時空の曲がり具合によって固有時間が場所ごとに変わるような状況では、重力そのものを計算資源として活用できるかもしれません。

また、量子場自体がもつ内部のエンタングルメント（「エンタングルメント・ハーベスティング」現象）を取り出して、さらなる計算リソースに使う試みも提案されています。

もし実現すれば、ゲート操作の枠組みを超えたまったく新しい「量子計算の形」へと進む可能性があります。

もう一つ興味深い点は、本研究が変分量子回路（VQC）を用いたことで、機械学習的な方法と相対論的な量子系が自然に結びついたことです。

ビットの軌道をパラメータとして最適化するのは、いわば「動きながら学習する量子コンピューター」とも言えるアプローチです。

研究チームは「自然界の極限環境（高速で運動する粒子系など）をよく観察すれば、それ自体が相対論的量子計算を“学習”しているように見えるかもしれない」とも述べています。

これは非常にスケールの大きな発想ですが、まさに相対論と量子情報の融合だからこそ生まれた視点でしょう。

最後に、相対論的量子コンピューターは量子計算の設計図としてだけでなく、物理学の探究そのものを深める上でも意義があります。

特殊相対性理論と量子情報理論という、一見すると別世界の理論の組み合わせが、新たな物理法則の“片鱗”を見せてくれる可能性があるからです。

研究チームは「これは始まりに過ぎません。相対論的効果を活かした量子計算の分野をさらに掘り下げることで、物理学の根底にある未知の原理を発見できるかもしれません」と期待を語っています。

今後、相対論と量子情報が交錯する新しいステージの研究がどう発展していくのか、私たちは大いに注目していきたいところです。