2022年7月26日

量子コンピューター最大の壁「エラー訂正」

今をときめく量子コンピューターですが,実のところ,実用的な計算では,いまだスパコンにかないません。理由は,計算中に起きるエラーのために,正しい答えが得られないから。量子コンピューターが真の威力を発揮するには…? 日経サイエンス編集長による解説です。
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斉藤重之 @shigenokura

量子コンピュータの見た目ってSFっぽい仰々しさ。未来的というよりは古典的なメカメカしいかっこよさがある。わざとそういうデザインにしているのかな? しかし、まだけっこう計算間違えるというおちゃめさ。 twitter.com/NikkeiScience/… pic.twitter.com/zjeO2Z3hEK

2022-06-30 14:33:44
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古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

お久しぶりです。日経サイエンスの古田です。しばらく留守にしておりましたが,ぼちぼち再開したいと思います。

2022-07-22 19:03:14
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

あ,twitterは留守にしていましたが,編集はしてました。現在発売している日経サイエンス8月号では,久々に量子情報を特集しました。テーマは量子コンピューターの「エラー訂正」です。

2022-07-22 19:06:45
日経サイエンス @NikkeiScience

日経サイエンス2022年8月号 【特集:量子コンピューター最大の壁「エラー訂正」】 現在の量子コンピューターは,実用的な計算ではスパコンに勝てていない。真の威力を発揮するには,計算中に生じるエラーを訂正しながら計算を続ける「誤り耐性」を実装する必要がある。nikkei-science.com/page/magazine/… pic.twitter.com/XO4VptszIZ

2022-07-18 12:30:09
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古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

「エラー訂正」って聞き慣れない言葉かもしれませんが,これこそ,量子コンピューターのアイデアが出てきたときから,実現に向けての最大の壁であり,最終目標です。

2022-07-22 19:08:16
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

量子コンピューターには,原理が提唱された1985年からずっと「実現不可能なコンピューター」との見方がついて回りました。計算の物理学を開いたR. ランダウアーは「量子コンピューターはエラー訂正ができない,エラー訂正ができないコンピューターに意味はない」と,最大の弱点を痛烈に批判しました。

2022-07-22 19:11:35
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

量子コンピューターの基本素子である量子ビットは,現在の最高性能のものでも,1000回に1回くらいの率でエラーを起こします。1000ステップの計算なら6割以上の確率で計算に失敗。化学計算なんかやろうとすればおそらく何百万ものステップが必要なので,成功の確率はゼロに近くなります。

2022-07-22 19:14:50
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

量子でないコンピューターだってエラーは起こしますが,計算中に答えをチェックし,エラーがあったら訂正して先に進むことができます。でも量子コンピューターは,途中でチェックすると量子的に記録した情報が破壊されてしまうので,エラー訂正ができない……と,最初は思われていました。

2022-07-22 19:16:05
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

でも,そうではなかった。ショアやスティーン,キタエフらが,実際にエラー訂正する方法を見つけ出しました。途中で結果をチェックしなくてもエラーが起きていることはわかるし,訂正もできるのです。

2022-07-22 19:17:11
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

でもやっぱり難しいんですよ,エラー訂正。量子ビット1個をエラーから守るのに数十〜数百の量子ビットが必要で,実装はめちゃ難しい。でも,量子コンピューターすごい,量子コンピューター速い,って言われるような計算はエラー訂正ができないと実行できない。だから世界中で懸命に研究してるわけです

2022-07-22 19:20:27
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

エラー訂正が困難なのは,量子コンピューターが情報を0か1かのデジタルでなく,0と1を重ね合わせたアナログで表すアナログコンピューターだからです。アナログコンピューターは計算能力は高いのですが,本来の値からエラーでちょっとずれたとき,それがエラーなのか本来の信号なのか区別がつかない

2022-07-22 19:22:23
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

デジタルなら,トランジスタの電位がエラーで少々ずれたとしても,0は0,1は1だと認識できます。このエラー耐性のおかげで,今のコンピューターはほぼすべて,アナログでなくデジタルになってます。

2022-07-22 19:23:41
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

でも実は,量子コンピューターなら,計算をアナログ情報で進めつつ,発生したアナログエラーをデジタル化して,取り除くことができます。それには量子力学ならではの「波束の収縮」という現象を使います。

2022-07-22 19:25:21
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

その辺のところを,エラー訂正の理論研究でトップを走る,大阪大学の藤井啓祐さん@fgkskに解説して頂きました。エラー訂正の解説はいろいろあるけど,量子にちょっと興味がある人が読むと,あー,そういうことなのか,ってめっちゃ腑に落ちると思う。 nikkei-science.com/page/magazine/…

2022-07-22 19:28:31
リンク 日経サイエンス - 一般読者向けの月刊科学雑誌「日経サイエンス」のサイトです。 量子コンピューターの究極の目標 - 日経サイエンス 今や,量子コンピューターという言葉を,新聞や雑誌で見ない日はないくらいである。グーグルやIBMといった名だたるIT企業や各国の研究機関が量子コンピューターの開発にしのぎを削り,我が国でも理化学研究所の量子コンピュータ研究 … 続きを読む → 1 user 20
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

藤井さん@fgkskは,記事の中でこう書いています。「量子力学は、『量子コンピューターを作れ』と言わんばかりに、アナログとデジタルの世界を奇跡的に橋渡ししてくれている」。

2022-07-22 19:30:32
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

20年ばかり量子コンピューター追ってきたヲタクとしては,この言葉には「ここまで来たか」って思ったなあ。量子ってあいまいだとか,不確定だとか,とかく技術的なハードルという文脈で語られることが多いんだけど,

2022-07-22 19:34:36
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

量子だからこそアナログなのにエラー訂正できるというのはつまり,自然法則は量子計算を許すようにできている,ということです。

2022-07-22 19:40:57
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

量子を使うと計算量が劇的に減って計算が高速化するというのは,理屈ではわかってもどうも信じにくい話で,量子コンピューターのパイオニアたちは,心のどこかで「量子計算不可能定理」があるんじゃないかと思ったりもしてたけど

2022-07-22 19:43:09
古田彩 Aya FURUTA @ayafuruta

藤井さんら現在一線にいる研究者たちは,おそらくそんなふうには感じていない。むしろ「必ず道はある」と思っているだろう。そんな意識の変化が,エラー訂正量子コンピューターの実現を引き寄せる。

2022-07-22 19:48:26
リンク 日本経済新聞 量子コンピューター最大の壁 「エラー訂正」実現目指す 藤井啓祐・大阪大学教授今や「量子コンピューター」という言葉を、新聞や雑誌で見ない日はないくらいである。IT大手や各国の研究機関が開発にしのぎを削り、クラウドで量子コンピューターをプログラムして計算結果を受け取ることもできる。しかし、量子コンピューターの一大ブームとも言える現在の状況は、私を含めこの分野の研究者たちにとっては予想外であった。この段階の量子コンピューターがここまで広く話題になるとは 1 user 17

コメント

Pon @Pon__CG 2022年7月26日
同じ状態の量子ビットを複数作って多数の結果を採用するとか……だめなんだろうな
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ゆーき @yuki073 2022年7月26日
量子コンピューターをアナログコンピュータと表現するのは無理があるのでは?
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かえる @Ein_Frosch 2022年7月26日
「量子だからこそアナログなのにエラー訂正できるというのはつまり,自然法則は量子計算を許すようにできている,ということです。」 このセリフかっこいい
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ぬまのぬ @binununn 2022年7月26日
よくわからないけどたぶん宇宙線のせい、ヨシッ!
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mina @mina_BDR529 2022年7月26日
量子コンピュータをたくさん並べて相互確認させればいいのでは?
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zoh @Neutrino_shower 2022年7月27日
かつて超高速コンピュータとして期待され、官民一体となって大金ブッ込んで研究されていた、ジョセフソン素子によるコンピュータを思い出す・・・
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PUNTE @PUNTEdog 2022年7月27日
量子コンピュータは、Fラン大学生1万人いれば東大生1人より点数取れるんじゃね?的な考え方やんな。
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黒猫屋@乙乙乙乙乙 E6-3乙作戦でクリア @sigh_to_you 2022年7月27日
オレはバカだからよくわかんねえんだけどよぉ……本当に何言ってるかわかんねぇんだわ、これ
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IKIRU KIBOU @KibouIkiru 2022年7月27日
まだ人類の課題がスパコンレベルでしかないっていうだけの話でしょう。スパコンで年単位でかかる課題をやらせるための量子コンピュータでは?
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ざっぷ @zap3 2022年7月27日
複数並べて同時にやればいいんじゃないの、は、原理的には正しいんだけど、それを真面目にやって何千何万ステップの計算しようとすると爆発的に計算量が増えて全く効率的じゃなくなるのよ。文書を誰かに送りたいとき、1文字だったら2-3人いれば大丈夫だろうけど、1000文字を1文字ずつ送ろうとしたら一万人居ても怪しい的な(「小説」だったら前後の文脈で補正したり、ある程度の誤字は許容する手もあるけど、科学計算用のデータとかは「一文字の違い」が結論を正反対にする可能性をできるかぎり極小にしたいわけで)
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白木の水夫人形 @jackwhitewood 2022年7月27日
複数並べるのは、たまたま同じ所をすべての量子コンピュータで間違えた可能性を排除できないから難しいのではないのかな
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Denullpo S. Hammerson @denullpo 2022年7月27日
そもそも、雑でいいから大量高速な趣旨で使うもんちゃうんか。知らんけど
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乾也春海 @kanbaru 2022年7月29日
yuki073 量子コンピュータは一般的にアナログコンピュータに分類されます。 デジタルは数字毎に区切って計算される状態ですが、量子コンピュータは0と1が同時に扱われます。
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memento @mementothanaton 2022年7月31日
量子化はデジタル化、量子コンピュータはアナログコンピュータ、ああややこしい
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【跡地】ウラリー㌠【移行済】 @urary777 2022年8月5日
数学は苦手だった文系なので曖昧な理解ですが、アナログとデジタルの違いって文字通り「アナログ時計とデジタル時計の違い」みたいなもので、デジタル時計は1秒ごとにしか時を刻まないけど、アナログ時計はその瞬間を「3時48分20秒と21秒のやや20秒寄り」みたいな刻み方をできる、という認識でした。スパコンは計算可能な限り「3時48分20.0063692…秒」みたいに細かく計算することで極めてアナログに近い結果を出せる、けど結局デジタル、という様なもの?
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