中国の研究者らが、光量子コンピューター「九章4.0」を発表した。これは、世界最強の古典スーパーコンピューターよりもはるかに速くベンチマーク問題を解決した。このマシンは、量子優位性のテストであるボソンサンプリングタスクをわずか数秒で完了したのに対し、最速の古典システムでは数千年かかるとされている。この成果は、光量子コンピューティングにおける大きな飛躍を示し、この分野の最前線における中国の立場を強固なものにした。
ボソンサンプリングの意味
ボソンサンプリングは、ネットワークを通過する区別できない光子の挙動をシミュレートするために特別に設計された問題である。光子の数が増えるにつれて可能な結果の数が指数関数的に増大するため、古典コンピューターにとっては非常に困難である。しかし、光子自体を使用する量子コンピューターは、計算を自然に処理できる。九章4.0は、光回路と検出器のセットアップを使用してサンプリングを直接実行し、古典的なシミュレーションの必要性を排除している。
どれほど速いのか？
九章4.0のチームは、量子コンピューターがボソンサンプリング問題を1秒未満で解決したと報告している。対照的に、2025年の最先端の古典スーパーコンピューターでは、同じ計算を完了するのに推定1万年かかる。このような速度向上（桁違いの大きさ）は、研究者が量子超越性と呼ぶものだが、問題が量子システム向けに調整されているため、この用語については議論がある。
光量子コンピューティングが重要な理由
今日の量子コンピューターのほとんどは、超伝導回路、イオントラップ、またはその他の固体プラットフォームに依存している。光量子コンピューターは、操作が容易で高速に移動する光粒子を使用する。また、室温で動作するため、超伝導体に必要な極端な冷却を回避できる。しかし、光システムは歴史的に、光子数の拡大と低エラー率の維持に苦労してきた。九章4.0は、少なくともボソンサンプリングに関しては、それらのハードルのいくつかを克服したように見える。
光量子コンピューティングにおける中国のリード
九章4.0は、中国の研究者らが開発した一連の光量子コンピューターの最新版である。以前のバージョン（九章1.0、2.0、3.0）はそれぞれ、光子数と速度の記録を更新した。4.0バージョンは、この特定のアプローチにおける中国の優位性を確固たるものにしている。この成果は、米国、カナダ、英国などの国々が競合する量子技術に資源を投入している中で達成されたが、ボソンサンプリングタスクにおいてこの性能に匹敵するものはまだない。
現在の課題は、九章4.0をベンチマーク問題から、化学や材料科学のための量子シミュレーションなどの実世界の応用へと移行させることである。研究者らは、光量子コンピューターが特殊なテストだけでなく、古典的なマシンでは解決できない有用な問題を解決できることを実証する必要がある。九章のチームは、今後数ヶ月以内に査読付きジャーナルに詳細な論文を発表する予定であり、これにより結果の独立した検証が可能になる。
