物理学コミュの“究極の量子コンピューター” へ基本原理開発に成功東大

NHKニュース 9月22日 18時31分

離れた物質の間を情報が瞬間移動する「量子テレポーテーション」と呼ばれる現象を利用して、現代のスーパーコンピューターをはるかにしのぐ新型の量子コンピューターの基本原理の開発に成功したと東京大学の研究チームが発表しました。
量子コンピューターをめぐっては、ＮＡＳＡやグーグルが別の原理で作られたカナダのベンチャー企業の実用化モデルを購入し研究を進めていますが、研究チームは今回の基本原理を使えばこれを大きく上回る性能の究極の量子コンピューターを生み出せるとしています。
現代のスーパーコンピューターをはるかに上回る新型の量子コンピューターの基本原理の開発に成功したのは、東京大学の古澤明教授の研究チームです。

研究チームは、２つの離れた物質の間で情報が光の速度で瞬間移動する「量子テレポーテーション」と呼ばれる現象に注目しました。
この現象は量子と呼ばれる光の粒など極めて小さな世界で起きるもので、アインシュタインはこれを引き起こすものを「奇妙な遠隔作用」と呼んでいました。

例えば光の粒を人工的に２つに分けて離れた位置に置き、一方に２、もう一方に＋２という情報を与えます。
続いてこの２つの光の粒を互いに「量子もつれ」、アインシュタインがいう「奇妙な遠隔作用」が働く状態にすると情報が光の速度で瞬間移動し、光の粒が４という情報を持つようになるのです。

情報の伝え方は現在、足し算、引き算、かけ算、割り算が可能で、今回、研究チームは、光の粒をループ状の回路の中で回しながら瞬時の計算を行える光の粒を１００万個同時に作り出すことに成功したということで、超高速の量子コンピューターを作り出す基本原理を開発できたとしています。

今のところ光の粒１組を「量子もつれ」の状態にして計算を行うために縦４メートル横２メートルの装置が必要ですが、新たな基本原理を使えば、今の半分ほどの大きさの装置でほぼ無限に計算を繰り返せる究極の量子コンピューターを生み出せるようになるとしています。

古澤教授は「今まで提案されていない全く新しい方式で、本当の意味での量子コンピューターの実現につながると思う。欧米の後追いでなく、日本で生まれた日本方式で究極の量子コンピューターをつくりたい」と話しています。

・幅広い社会問題解決経済的にも大きな利益

量子コンピューターをめぐっては幅広い社会の問題を解決に導き経済的にも大きな利益をもたらす可能性を秘めているとして、欧米各国でも大手企業が相次いで研究・開発に名乗りを上げています。

このうちドイツの自動車メーカーのフォルクスワーゲンは、「アニーリングマシン」と呼ばれるタイプの量子コンピューターを実用化したカナダのベンチャー企業Ｄ－ＷａｖｅＳｙｓｔｅｍｓ社と共同で量子コンピューターを使って道路の渋滞を解消する研究をことし３月に発表しました。この研究は中国の北京で４００台余りのタクシーが、一斉に街の中心部から空港に行くとき、渋滞を防ぎながら最短時間で到着するルートを導き出すもので、これまで自社が持っていた高性能のコンピューターでは、結果を出すのに３０分かかりましたが、量子コンピューターでは、わずか数秒だったということです。将来の自動運転システムなどに応用できるとしています。

またこのアニーリングマシンの基本原理を開発した東京工業大学の西森秀稔教授によりますとアメリカのマイクロソフトは、量子コンピューターで小さな分子の運動を解析し、新たな組み合わせの化合物を作り出す「量子化学計算」と呼ばれる研究を進めています。例えば世界中で農業に使われる肥料を量子化学計算によって効率的に作り出す方法が見つかれば、肥料を生産するために出される二酸化炭素の量を大きく減らし地球温暖化などの環境問題の解決に役立つということです。

アメリカが進めているアニーリングタイプの量子コンピューターの国家プロジェクトに日本人として唯一参加している西森教授は「アメリカやカナダではしれつな競争が目に見える形で始まっていて、そこにヨーロッパや中国も大がかりな投資を始め、スタートの号砲が鳴ったという状態だ。通常のコンピューターでできないものも量子コンピューターを使えばできるということで、経済的な効果が大きいことに気付いた大企業の間で開発が加速している」と指摘しています。

http://www3.nhk.or.jp/news/html/20170922/k10011152541000.html

コメント(9)

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[1] mixiユーザー 09月24日 11:51

大規模計算、効率良く＝新方式の光量子コンピューター―東大｜時事通信 2017年09月22日13時12分

　光のパルスを操作して大規模な計算を効率良く高速で行う光量子コンピューター方式を考案したと、東京大の古沢明教授と武田俊太郎助教が22日、米物理学誌フィジカル・レビュー・レターズ電子版に発表した。現在の装置は大き過ぎて多数をつないで計算するのが難しいが、計算の種類を瞬時に変えて光パルスを次々に周回させることで、多数の装置に匹敵する性能を生み出すという。

　古沢教授は「計算の誤りを自動的に訂正する仕組み以外は、全て解決した。今後、実際の装置の開発に取り組む」と話している。

　現在のコンピューターは半導体で電気信号を制御し、2進法で0か1の「ビット」を情報の単位とする。一方、量子コンピューターは0と1を重ね合わせた「量子ビット」を単位とするため、計算処理性能が飛躍的に高くなる。

　古沢教授らが2013年に開発した光量子コンピューターの基本的な仕組みは、入力光と補助光のパルスを特殊な鏡に通して混合した後、再び二つに分けた光の一方を測定器で測定し、その結果に応じて他方の光を操作して計算する。

　畳4枚分のスペースに鏡やレンズを500枚以上配置した装置のため、同じ装置を多数並べて接続するのは難しかった。　

https://www.jiji.com/sp/article?k=2017092200691

[2] mixiユーザー 10月20日 16:16

>>[1]
企業派遣で、電子工学をやってましたアリアと申します。専門書も何冊かありますが、手に入らなかったりするので、サイトを引きます。

量子コンピューターの仕組みを実際に理解するサイトがありますので紹介します。
量子アニーリング式の量子コンピューターの説明です。
その前に量子アニーリングについて必要になりますね。
http://blog.brainpad.co.jp/entry/2017/04/20/160000#%E9%87%8F%E5%AD%90%E3%82%A2%E3%83%8B%E3%83%BC%E3%83%AA%E3%83%B3%E3%82%B0%E3%81%A8%E3%81%AF%E3%81%AA%E3%81%AB%E3%81%8B

エクセルが必要になりますが。
https://codezine.jp/article/detail/9491

[3] mixiユーザー 10月20日 18:21

>>[1]
もう少し説明が入りそうです。
Dwaveにしたのは、一応、実用化されたからです。
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/D-Wave_Systems

「2010年6月現在、D-Waveのプロセッサは、最大128対[6]の超伝導磁束量子ビットを持つプログラム制御可能な[7]超伝導集積回路からなると発表されている[8][9][10]。このプロセッサは、汎用ゲートモデル量子コンピュータとして作動するものではなく、特殊用途の断熱量子最適化アルゴリズムを実装するよう設計されている[11][12]。通常言われているような汎用型量子コンピュータではなく、古典コンピュータでも実装されているシミュレーテッドアニーリングをハードウェアで実現し、より効率的に組み合わせ最適化問題を実行するためのコンピューターである。

このように、D-Waveは量子アニーリングを直接ハードウェア的に実現する装置を開発したが、これは微小な超伝導閉回路を基本素子として、閉回路上を超伝導電流が右に回るか左に回るかを利用している[13]。超伝導閉回路上で超伝導電流が実際にどちらに回っているかは測定するまで不確定であり、2つの状態の量子力学的な重ね合わせが実現されている[13]。また、演算回路が超伝導素子で構成されているので、演算自体はほとんど電力を消費しないという特徴があり、これは通常の計算機との違いのひとつである[13]。

D-Waveはウェブサイト上で査読済み技術文献の一覧を公表している[14]。

[4] mixiユーザー 10月20日 20:12

>>[1]
紹介の古澤明先生の方法は量子テレポーテーションを用いた光量子コンピューターですね。
詳しい情報が日経のサイトにありますね。
http://mw.nikkei.com/sp/#!/article/DGXLRSP456650_Y7A900C1000000/
添付資料のPDFも参考。
理解には、古澤明先生の三冊が必要な気もします。
「量子のもつれとは何か」ブルーバックス
http://bookclub.kodansha.co.jp/product?isbn=9784062577151
「量子テレポーテーション」ブルーバックス
https://www.kinokuniya.co.jp/f/dsg-08-9984835375
「量子コンピューター入門」日本評論、2700円。
https://honto.jp/netstore/pd-book_27698120.html

[5] mixiユーザー 11月13日 06:45

量子コンピューターの関連ニュースです。

量子コンピューター時代が幕開けへ、20量子ビット商用マシンを年内クラウド提供｜ニュースイッチ 2017/11/12

　米IBMは10日、20量子ビット（キュービット）のプロセッサーを持つ商用量子コンピューター「IBM Q」システムについて、年末までにクラウド経由で顧客にサービス提供を開始すると発表した。同時に20量子ビットのアーキテクチャーを拡張し、50量子ビットの次世代IBM Qシステムの試作機の製作と稼働に成功したことも明らかにした。量子コンピューティング時代の幕開けが少しずつ近づいてきているようだ。

　20量子ビットマシンでは、0と1の状態が量子的に重なり合うことで高速演算処理を実行する「量子重ね合わせ」の持続時間（コヒーレンス時間）を、これまでの試作機の倍近い平均90マイクロ秒（マイクロは100万分の１）まで向上させ、業界最高記録を達成した。IBMの従来機のコヒーレンス時間は平均50マイクロ秒だった。50量子ビットの試作機も現状では20量子ビット機と同程度だという。

　量子コンピューターは、現在のスーパーコンピューターでは計算に時間がかかって解けないような難しい問題を処理できる夢のマシンと言われる。９月にはIBMの科学者らが、分子そのものの挙動をシミュレーションできる効率的なアルゴリズムを英科学誌ネイチャーに発表。複雑な化学反応のシミュレーションや最適化を通して、医薬品や材料、エネルギー分野などでのいち早い応用が期待されている。

　とりわけIBMが今回試作に成功した50量子ビットマシンは量子コンピューター研究の中でも画期的な成果といえるものだ。

　というのも、量子コンピューターの実用化を進める米グーグルの研究者が、50量子ビットの量子コンピューターが従来型のスーパーコンピューターの性能を上回り、量子コンピューターの優位性を示す一つの目安になることを示しているためだ。ただ、回路の接続性やノイズ、エラーといった課題があり、「ことはそう単純ではない」という見方も多い。

　これまでIBMは、2016年５月に試験的に量子コンピューターのオンライン提供を開始。「IBM Qエクスペリエンス」として、５量子ビット、および16量子ビットのプロセッサーを持つ試作機を一般顧客のメンバーがクラウド経由で利用できるようにした。続いて17年５月にはビジネスや科学向けの商用汎用量子コンピューターを実用化する「IBM Q」イニシアティブを立ち上げている。

　「IBM Qエクスペリエンス」には、世界中から6万のユーザーがアカウントを登録。そこには1500校以上の大学、300の高校、300の民間企業が含まれる。これまでに量子コンピューターの機能が170万回使用され、量子コンピューティングの教育などに役立てられているほか、IBM以外で35本以上の研究論文につながっているという。

2017年11月11日付日刊工業新聞電子版

https://newswitch.jp/p/11002

[6] mixiユーザー 11月13日 21:14

>>[5]
今晩は、失礼します。量子コンピューターも研究の対象ではなく、実務運用の時代に入りましたね。
ついこの間まで、日本では量子論の博士らが観測は出来ないから、量子コンは絶対できないとか言ってました、
私は我々が見ることなく、機械式に取り出せれば可能と反論してましたが?
ここがわからないところで、観測者は駄目で、いわば観測器ならオーライ?
これは宇宙にもいえて、観測者がいないと、対象も存在しない?

[7] mixiユーザー 11月13日 21:23

>>[5]
単に我々が見るには光子が必要でその影響といえばそうなんだが?

[8] mixiユーザー 11月14日 07:16

>>[5]
http://www.itmedia.co.jp/news/spv/1512/10/news108.html
Google、量子コンピュータでPCの1億倍高速な解析に成功と発表
GoogleとNASAが共同運営する量子AI研究所が、量子コンピュータ「D-Wave 2X」とシングルコアコンピュータに約1000個の変数の組み合わせ最適化問題を解かせたところ、D-Wave 2Xが1億倍高速だったと発表した。
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米Googleは12月8日（現地時間）、同社が米航空宇宙局（NASA）と共同で導入したカナダの量子コンピュータ企業D-Wave Systemsの量子コンピュータ「D-Wave 2X」での問題解析速度が、シングルコアコンピュータの1億倍以上高速だったと発表した。

quantum 1
D-Wave 2X
　今回の実験では、「量子ビット」を1000個以上搭載するD-Wave 2Xでの「量子アニーリング」とシングルコアのコンピュータの「シミュレーテッドアニーリング」とで、約1000個の変数の「組み合わせ最適化問題」の解決速度を比較した。

[9] mixiユーザー 07月18日 06:24

予言から80年以上実在が証明できなかった“幻の粒子”「マヨラナ粒子」が発見
～より安定動作する「トポロジカル量子コンピュータ」の実現につながる一歩
PC Watch 2018年7月12日 02:00

京都大学および東京大学、東京工業大学は、同学所属の研究者グループが、極低温ではなく高温でも動作可能な「トポロジカル量子コンピュータ」の実現につながる幻の粒子「マヨラナ粒子」を発見したと発表した。

https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1131933.html

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