グーグル「シカモア」、中国「九章」 量子コンピューターの最前線を追う

2016年に中国が量子暗号通信の実験のために打ち上げた人工衛星「墨子」　XINHUA/AFLO

「0でもあり1でもある」状態

量子技術における中国の野心的な研究の進展は、1957年に人工衛星の打ち上げでソ連に先を越されたときのようにアメリカに大きな衝撃を与えた。何年か前までは外国の先端技術をコピーするだけだと思われていた中国だが、今や堂々たる技術大国だ。

2016年には量子暗号通信の実験を行うために衛星「墨子」を打ち上げた。量子暗号通信は量子コンピューターとは異なるが、やはり量子力学を応用した技術だ。

長期的には、アメリカが先端技術で中国に後れを取る可能性がある。中国は政府が率先して研究開発を進めているが、米政府の科学振興予算は減っている。

「連邦政府がイノベーションを促進するアクセルペダルから足を離したため、中国などに追い付かれてしまった」と、シンクタンク・新米国安全保障センター（CNAS）の技術・国家安全保障ディレクター、ポール・シャーレは嘆く。

気になるのはサイバーセキュリティーに与える影響だ。量子コンピューターが実用化されれば、ネットユーザーのプライバシーはどうなるのか。ある朝目が覚めたら中国政府にメールを読まれていた、などという悪夢が現実になるのだろうか。

グーグルのマーティニスが量子コンピューターに関わり始めたのは80年代。「まだ『量子ビット』という言葉もなかった」と、彼は言う。

量子ビットは量子コンピューターの基本的な情報の単位だ。古典コンピューターの基本単位である「ビット」という言葉を使っているが、ビットと量子ビットは根本的に異なる。

ビットは0か1だが、量子ビットは同時にその両方の状態にもなるし、0と1の間のあらゆる状態になり得る。これは「重ね合わせ」と呼ばれる現象だ。

量子ビットは1個の原子あるいは原子より小さい粒子で、量子力学の法則に従い、奇妙な確率的状態で情報を保存する。それは肉眼で見えるマクロな現象世界にいる私たちが体験したことのない状態だ。

1ビットは独立した情報単位だが、1量子ビットはアルバート・アインシュタインが「不気味な遠隔作用」と呼んだ「量子もつれ」の状態の一部で、他の量子ビットとペアになっている。

「シカモア」を開発したマーティニス　COURTESY OF JOHN MARTINIS

量子ビットは壊れやすい

マーティニスはカリフォルニア大学サンタバーバラ校で行った初期の研究で、原子や光の粒子である光子のような小さな粒子からどうやって情報を取り出すかという基本的な問題を探った。

単一の原子や光子を扱うためには、エンジニアリングの精度を極限まで高める必要があった。これらの極小粒子をそのままの状態に維持する一方で、コンピューターが演算を実行できるように他の粒子との相互作用を可能にするにはどうすればいいのか。

言い換えれば暗号化されたメッセージの解読など、大きな数を素因数分解するタスクを実行するため、「重ね合わせ」と「量子もつれ」の性質をどのように利用するのか。

「量子ビットを隔離しなければ、そのままの状態を維持できない」と、マーティニスは言う。「だが隔離してしまうと、他の量子ビットとの相互作用が不可能になる」