Googleの「Willow」という代物

• GoogleのWillow量子チップ発表に関する専門家の見解
  • Scott Aaronson: 計算複雑性理論の分野で著名なコンピュータ科学者であり、著書に『スコット・アーロンソンの量子コンピューティング講義』がある
• Q2B(Quantum 2 Business)カンファレンスに参加中、Google Quantumチームの新しい105量子ビット超伝導チップ「Willow」の発表に立ち会った
• Willowチップには、誤り訂正を行うサーフェスコード量子ビットと、大規模な量子超越性実験(Random Circuit Sampling)を実施した成果が含まれている
• 発表はMountain ViewのComputer History Museumで行われ、高度に技術的なプレゼンテーションと質疑応答セッションで構成されていた

Googleの主な成果と科学的意義

• Willowチップは、2019年以降で量子ビット数を2倍にし、量子ビットのコヒーレンス時間を5倍に増やし、2量子ビットゲートの精度を約99.7%(Controlled-Zゲート)、約99.85%(iswapゲート)まで向上させた
• サーフェスコードのサイズを3×3、5×5、7×7へと拡張し、エンコードされた論理量子ビットがより長く維持される現象を発見した
• これは、量子誤り訂正による安定した量子コンピューティングの可能性を示す重要なしきい値と評価されている

Willowチップの限界と今後の課題

• Googleは、完全なフォールトトレラント量子ビットを定義するためには、多量子ビット演算における誤り率を10⁻⁶まで下げる必要があると明記している
• 現在の実験では単一のエンコード済み量子ビットのみを生成しており、まだ多量子ビット演算の実験は行われていない

量子超越性実験と計算時間

• Willowを用いた新しい量子超越性実験は、105量子ビットと40段のゲートを基盤として実施された
• 最新のシミュレーションアルゴリズムをもってしても、この実験結果を古典的に検証するには最大10²⁵年かかると推定される
• 検証は、小規模回路の結果に基づく間接的な方法で行われる

競合技術との比較

• 超伝導量子ビットはゲート速度が速い一方、トラップイオン量子ビットは量子ビットの移動と高いゲート精度を提供する
• Willowは、Googleが競合他社に新たな挑戦課題を突きつけた事例と評価される

論争と反応

• 量子コンピューティング懐疑論者のGil Kalaiは、Googleの主張には慎重に向き合うべきだと述べ、既存の量子超越性実験データを中心に反論した
• Googleの発表は、誇張のない成果に基づいている点で肯定的に評価されている

結論

• Willowは量子誤り訂正および大規模量子実験の可能性を実証し、おおむね好意的に評価されており、この分野の重要なマイルストーンとして認識されている
• 今後はGoogleと他の競合他社の間で、技術進歩の速度が注目される
• 量子コンピューティングの進展は続いており、実験的成果はますます向上している

[GN⁺]

Hacker Newsの意見

• ソフトウェアエンジニアとして、APIを利用してデータベースの行を更新する仕事が、読んだ内容に比べて子どもっぽく感じられる。量子コンピュータが解いた問題は従来のコンピュータでは数兆年かかるが、量子研究者以外は関心を持っていない

  • 量子研究者ではない人たちが関心を持てる問題を解いてほしい。例えば、n=10 の巡回セールスマン問題や 10 桁の整数の因数分解のようなもの
  • 今の量子コンピュータは商用核融合と同じカテゴリーにある。"ブレークスルー"は多いが結果はない
  • がん研究者は「がんを治せるブレークスルー！」のような発表はほとんどしないが、着実な進展は続いている

• エヴェレットの多世界解釈に関する主張は非論理的だと思う。並行宇宙が同じ計算を同時に実行しているなら、宇宙全体としてどうやって性能向上が可能なのか疑問だ

• 超伝導キュービット、トラップイオン、中性原子、光子キュービットについて質問を受けるというのが面白かった。2語以上理解できていたなら、質問していただろう

• 一般的に有用な作業での性能がどこにあるのか気になる。Shor のアルゴリズムで因数分解できる最大の整数や、Grover のアルゴリズムでプリイメージを計算できる最大のハッシュが何なのか知りたい

• ハードウェアは進歩しているが、量子コンピュータで動かすアルゴリズムが不足している。RSA を破るのに有用な Shor のアルゴリズム以外にない

  • 量子シミュレーションや最適化に役立つかもしれないという漠然としたアイデアがあるだけだ
  • 明日完全な量子コンピュータが手に入ったとしても、何を走らせればいいのかわからない。空白状態だ
  • 量子アルゴリズムのブレークスルーが唯一の希望だ。この分野では進展がほとんどない
  • Zapata Computing は量子アルゴリズム分野で最も資金が潤沢だった企業だったが、今年閉鎖した

• 関連記事: Willow, Our Quantum Chip

• 「10^25年」という結果に対する最大の注意点は、Google が十分に注目させなかった点だ。この量子計算を古典コンピュータでシミュレーションするのに ~10^25 年かかるということは、古典コンピュータが量子コンピュータの結果を直接検証するのにも ~10^25 年かかることを意味する

  • この部分が理解できない。説明が必要だ。解くのには長くかかっても検証は簡単な問題は多い。例えば、非常に大きな素数の積からなる大きな数の因数分解など

• 古典コンピュータが量子コンピュータの結果を直接検証するのに ~10^25 年かかるという主張は理解しにくい。解くことより検証のほうがはるかに簡単な問題は多い。なぜこのアプローチが量子コンピューティングの主張の検証に使われないのか疑問だ

• 要約: 実際の結果ではある。より多くのキュービットがより長く持続するのがすごい点だ。悪い点は、結果が明示的に検証されておらず、推論によってしか検証できないことだ