量子コンピューティングとは

量子コンピューティングの分野には、量子ハードウェアや量子アルゴリズムなど、さまざまな分野が含まれています。まだ開発段階ではありますが、量子テクノロジーは、従来のスーパーコンピューターでは解決できない（または十分な速さで解決できない）複雑な問題を、近い将来解決できるようになるでしょう。

量子物理学を利用することで、大規模な量子コンピューターは、現代の従来型マシンよりも何倍も速く、特定の複雑な問題に取り組むことができます。量子コンピューターは、従来のマシンでは完了するまでに数千年かかるような特定の問題を、数分または数時間で解決できる可能性があります。

量子力学は、小さなスケールで物理学を研究する学問であり、驚くべき基本原理を明らかにしています。量子コンピューターは、これら固有の現象を利用して、従来の計算だけでは利用できない数学的手法にアクセスして問題を解決します。

実際には、量子コンピューターは、物理システムの挙動をモデル化することと、情報のパターンや構造を特定するという2種類のタスクに広く役立つと期待されています。

量子力学は、宇宙のオペレーティング・システムに少し似ています。量子力学の原理を使用して情報を処理するコンピューターには、物理システムのモデル化において一定の利点があります。したがって、量子コンピューティングは、化学および材料科学の応用において特に興味深いものです。たとえば、量子コンピューターは、製薬や工学の応用に役立つ分子を探している研究者が候補をより迅速かつ効率的に特定する際に役立つ可能性があります。

量子コンピューターは、従来のコンピューターではアクセスできない数学的手法を使用してデータを処理することもできます。つまり、データに構造を与え、従来のアルゴリズムだけでは見逃してしまう可能性のあるパターンを発見できます。実際には、生物学（たとえばタンパク質フォールディング）から金融に至るまで、さまざまな用途に役立つ可能性があります。

今日、量子コンピューティングの研究業務の多くには、期待される用途の広範なカテゴリー内のアルゴリズムとアプリケーションの調査が含まれます。この探索と並行して、技術自体の構築にも重要な作業が費やされています。

大手企業であるIBMやAmazon、Microsoft、Googleなどの大手企業や、RigettiやIonQなどのスタートアップ企業は、技術に多額の投資し続けています。その結果、量子コンピューティングは2035年までに1.3兆米ドル規模の業界になると見込まれます。

量子コンピューターについて議論する時、最も小さい規模で見た宇宙は、私たちが日常生活で慣れ親しんでいるものとは異なる振る舞いをすることを理解することが重要です。学校の物理学で学んだことと比較すると、量子オブジェクトの振る舞いはしばしば奇妙で直感に反します。

量子粒子の振る舞いを説明することには、独自の課題があります。自然界に関する常識的なパラダイムのほとんどに、量子粒子の驚くべき振る舞いを伝えるための語彙が不足しています。しかし量子力学は、宇宙が実際にどのように機能しているかを明らかにするものです。量子コンピューターは、従来の2進ビット回路を量子ビット（またはキュービット）と呼ばれる量子粒子に置き換えることで、量子力学を利用します。これらの粒子はビットとは異なる振る舞いをし、量子力学でしか説明できない固有の性質を示します。

量子コンピューティングを理解するには、4つの主要な量子力学の原理を理解することが重要です。

• 重ね合わせ
• もつれ
• デコヒーレンス
• 干渉

量子ビット自体は役に立ちません。しかし、保持する量子情報を重ね合わせ状態に置くことで、量子ビットの考えうる構成の組み合わせをすべて表すことができます。量子ビットのグループを重ね合わせると、複雑な多次元の計算空間を作成できます。複雑な問題は、これらの空間で新しい方法で表現できます。

量子システムが測定されると、その状態は可能性の重ね合わせからバイナリー状態に崩壊し、バイナリー・コードのように0または1として登録できます。

もつれとは、量子ビットがその状態を他の量子ビットと相関させる能力です。もつれシステムは本質的にリンクされているため、量子プロセッサーが単一のもつれ量子ビットを測定すると、もつれシステム内の他の量子ビットに関する情報を即座に判断できます。

干渉は量子コンピューティングの動力源です。量子ビットが集合的な重ね合わせ状態に置かれると、波に似た方法で情報が構造化され、それぞれの結果に振幅が関連付けられます。

これらの振幅は、システムの測定結果の確率になります。これらの波は、その多くが特定の結果でピークに達したときに互いに積み重なったり、ピークとトラフが相互作用するときに互いに打ち消し合ったりする可能性があります。確率を増幅したり、他の確率を打ち消したりするのは、どちらも干渉の一種です。

デコヒーレンスは、量子状態のシステムが非量子状態に崩壊するプロセスです。量子システムの測定によって意図的に引き起こされることもあれば、他の環境要因によって引き起こされることもあります（これらの要因が意図せずに引き金となることもあります）。一般に、量子コンピューティングでは、デコヒーレンスを回避し、最小限に抑える必要があります。

量子コンピューティングをより深く理解するために、2つの驚くべきアイデアが両方とも真実であることについて考えてみましょう。1つ目は、明確な状態を持つものとして測定可能なオブジェクト（定義された確率振幅で重ね合わせられた量子ビット）がランダムに動作するということです。2つ目は、遠隔物体（この場合はもつれた量子ビット）が、個別にはランダムではあるものの、緊密な相関関係を持って動作する可能性があることです。

量子コンピューターでの計算は、計算状態の重ね合わせを準備することで機能します。ユーザーが準備した量子回路は、量子アルゴリズムによって管理される演算を使用して量子ビットのもつれを作り出し、干渉パターンを生成します。起こりうる結果の多くは干渉によって打ち消されますが、増幅される場合もあります。増幅された結果が演算の解になります。

従来のコンピューターと量子コンピューターの主な違いは、量子コンピューターはビットの代わりに量子ビットを使用することです。量子コンピューティングではバイナリ・コードが使用されますが、量子ビットは従来のコンピューターとは異なる方法で情報を処理します。では、量子ビットとは何で、どこから来たのでしょうか？

従来のコンピューターはビット（0と1）を使用してデータを保管および処理しますが、量子コンピューターは量子ビット（キュービット）を重ね合わせて使用することで、異なる方法でデータを処理します。

量子ビットはビットのように動作して0または1を保持できますが、同時にその両方を重み付きで組み合わせた状態として存在することもできます。量子ビットが組み合わされると、その重ね合わせの複雑さは飛躍的に増大する可能性があります。

例えば、2つの量子ビットは、2ビットで表せる4通りの文字列すべての重ね合わせとして存在することができます。同様に、3ビットで表せる8通りの文字列の重ね合わせとして存在することができ、量子ビットをさらに追加すると、このパターンが続いていきます。100個の量子ビットがあれば、可能性の幅は天文学的なものになります。

量子アルゴリズムは、従来のコンピューターではアクセスできない方法で情報を操作することで機能し、特に量子コンピューターと高性能の従来型スーパーコンピューターが連携する場合に、特定の問題に対して劇的な高速化を実現できます。

一般に量子ビットは、超伝導回路、光子、電子、トラップされたイオンや原子など、量子力学的な振る舞いを示すシステムを操作したり測定したりすることで作られます。

現在、量子コンピューティング用の量子ビットはさまざまな方法で作成でき、それぞれが特定のタイプのタスクにより適しています。

よく使われている量子ビットには次のようなものが挙げられます。

• 超伝導量子ビット：この量子ビットは低温で動作する超伝導材料から作られており、計算の実行速度と微調整された制御が好まれています。
• トラップされたイオン量子ビット：トラップされたイオン粒子も量子ビットとして使用することができ、長いコヒーレンス時間と高忠実度の測定で注目されていますが、超伝導量子ビットよりも低速で動作します。
• 量子ドット：量子ドットは小さな半導体で、単一の電子を捕捉して量子ビットとして使用でき、潜在的な拡張性と既存の半導体技術との互換性において有望な可能性を備えています。
• 光子：光子は個々の光粒子です。量子ビットを作成し、光ファイバー・ケーブルを通じて量子情報を長距離送信するために使用できます。量子通信や量子暗号に利用されています。

量子ビットを使用するコンピューターには、従来のビットを使用するコンピューターよりも特定のメリットがあります。量子ビットは重ね合わせを保持し、干渉を示すことができるため、量子ビットを使用する量子コンピューターは、従来型のコンピューターとは異なる方法で問題に取り組みます。

量子コンピューターが量子ビットを使用して複雑な問題を解決する方法を理解するために役立つ比喩として、複雑な迷路の中心に立っていると想像してください。迷路から脱出するには、従来の演算アプローチでは、問題を「総当たり」で解決し、あらゆる経路の組み合わせを試して出口を見つける必要がありました。この種のコンピューターは、ビットを使って新しい経路を探索し、どの経路が行き止まりかを記憶します。

量子コンピューターは、まるで迷路を鳥瞰図で見ることができるかのように、すべての間違った経路をテストしなくても正しい経路を導き出すことができます。しかし、量子ビットは一度に複数のパスをテストするわけではありません。代わりに、量子コンピューターは量子ビットの確率振幅を測定して結果を決定します。

これらの振幅は波のように機能し、互いに重なり合い、干渉します。非同期波が重なると、複雑な問題に対する解決策候補が効果的に排除され、実現したコヒーレント波が正しい解決策を提示します。

IBM量子プロセッサーは、ノートPCに搭載されているシリコン・チップと大きさがそれほど変わらないウェハーです。最新の量子ハードウェア・システムは、超低温を利用して機器を安定させています。さらに、室温で動作する電子部品がシステムを制御し、量子データを処理します。これらの要素を組み合わせると、平均的な車ほどのサイズになります。

完全な量子ハードウェア・システムのフットプリントが大きいため、ほとんどの量子コンピューターは持ち運びができません。しかしながら、研究者やコンピューター科学者は、クラウド・コンピューティングを通じて、遠隔地の量子コンピューティング機能を利用することができます。

完全な量子ハードウェア・システムのフットプリントが大きいため、ほとんどの量子コンピューターは持ち運びができませんが、研究者やコンピューター科学者はこの制約に縛られているわけではありません。彼らはクラウド・コンピューティングを通じて、オフサイトの量子コンピューティング機能に引き続きアクセスできます。量子コンピューターの主なハードウェア・コンポーネントは次の通りです。

通信を可能にするためにさまざまな設定で配置された量子ビットで構成される量子チップ（量子データ・プレーンとしても知られています）は、量子コンピューターの頭脳として機能します。

量子コンピューターのコア・コンポーネントである量子プロセッサーには、システムの物理量子ビットと、それらを適切な位置に保持するために必要な構造が含まれています。量子処理ユニット（QPU）には、入出力に必要な量子チップ、制御電子機器、従来型のコンピューティング・ハードウェアが含まれます。

デスクトップ・コンピューターは、作業に十分な温度を保つためにファンを使用することがあります。量子プロセッサーは、量子状態を維持するために、ノイズを最小限に抑え、デコヒーレンスを回避できるように、絶対零度より約100分の1度高い、超低温である必要があります。この超低温は、過冷却された超流体によって実現されます。このような温度では、特定の物質が重要な量子力学的効果を示し、電子は抵抗なくその中を移動します。この効果により、それらの物質は超伝導体になります。

物質が超伝導体になると、電子は一致してクーパー対を形成します。クーパー対は、量子トンネルとして知られるプロセスを通じて、障壁または絶縁体を越えて電荷を運ぶことができます。絶縁体の両側に配置された2つの超伝導体は、量子コンピューティング・ハードウェアの重要な部分であるジョセフソン接合を形成します。

量子コンピューターは、超伝導量子ビットとしてコンデンサーとジョセフソン接合を備えた回路を使用します。これらの量子ビットにマイクロ波光子を照射することで、量子ビットの振る舞いを制御し、量子情報の個々の単位を保持、変更、読み出すことができます。

量子ハードウェア・コンポーネントを改良する研究は続けられていますが、それは方程式の半分にすぎません。ユーザーが量子優位性を発見する上で最も重要なのは、次世代の量子アルゴリズムを可能にする、高性能で安定した量子ソフトウェア・スタックです。

2024年にIBMはQiskitの最初の安定版であるオープンソース・ソフトウェア開発キット（SDK）、Qiskit SDK 1.xを導入しました。Qiskitは、60万人を超える登録ユーザーのほか、世界各地の700の大学が量子コンピューティングの授業の開発に使用しているため、量子コンピューティングに推奨されるソフトウェア・スタックとなっています。

しかしQiskitは、量子回路を構築および設計するための世界で最も人気のある量子開発ソフトウェアというだけではありません。IBMでは、QiskitをIBMの量子システム向けのフルスタック・ソフトウェアとして再定義しています。この再定義には、ミドルウェア・ソフトウェアやサービスによるQiskit SDKの拡張が含まれます。これにより、IBM Quantumシステム上でプログラムを作成、最適化、実行できるようになります。これには、新しい生成AIコード支援ツールも含まれています。

量子コンピューティングは量子力学の原理に基づいて構築されており、小さな物体が大きな物体とどのように異なる動作をするかを表します。しかし量子力学は私たちの宇宙全体の基礎法則を規定するため、小さいレベルでは、すべてのシステムが量子システムです。

このため、従来のコンピューターも量子システム上に構築されていますが、計算中に量子力学的特性を最大限に活用できていないと言えます。量子コンピューターは、量子力学をうまく利用することで、高性能コンピュータでもできないような計算を行うことができると期待されています。

時代遅れのパンチカード加算器から最新のスーパーコンピューターに至るまで、従来の（または古典的な）コンピューターは基本的に同じように機能します。これらのマシンは通常、計算を順番に実行し、情報のバイナリ・ビットを使用してデータを保管します。各ビットは0または1を表します。

バイナリー・コードに結合し、論理演算を使用して操作すると、単純なオペレーティング・システムから最先端のスーパーコンピューティング計算まで、コンピューターを使用してあらゆるものを作成できます。

量子コンピューターは、従来型のコンピューターと同様に、問題解決を行うマシンです。しかし、量子コンピューティングではビットの代わりに量子ビットが使用されます。量子ビットは、従来のビットと同様にデータを処理するために使用されます。ただし、量子現象を利用することで、量子ビットはより複雑な数学にアクセスして別のタイプの計算ができます。この原理は、前述した重ね合わせおよび干渉として知られる量子力学の概念によるものです。

• 一般的な多目的コンピューターやデバイスで使用されます。
• 可能な状態の数が0か1の離散的なビット単位で情報を処理します。

• 特殊な量子力学ベースの量子コンピューティング・ハードウェアによって使用されます。
• 情報を0、1の量子ビットに、または0と1の重ね合わせとして処理します。
• 干渉を利用して問題を解決し、量子論理でデータを処理します。

量子プロセッサーの数式実行方法は、従来のコンピューターと同じではありません。複雑な計算のすべてのステップを計算しなければならない従来のコンピューターとは異なり、論理量子ビットで作られた量子回路は複雑な問題をより効率的に処理できます。

従来のコンピューターは一般的に単一の答えを提供しますが、確率的量子マシンは多くの場合、考えうるさまざまな答えを提供します。この範囲により、量子コンピューティングは従来の計算よりも精度が低く見えるかもしれません。しかし、量子コンピューターが近い将来に解決する可能性のある非常に複雑な問題に照らすと、この計算方法によって、従来の計算を何十万年分も短縮できる可能性があります。

実際には、量子コンピューターと従来型のコンピューターは、統合されたワークフローで連携して問題を解決します。最も効率的な方法では、量子コンピューターが得意とする計算の部分を量子リソースに、従来のコンピューターが最も得意とする部分を従来型のコンピューティング・リソースに分散させます。

高性能な従来型コンピューターと連携して動作する全面的に実用化された量子コンピュータは、整数因数分解などの特定の種類の問題に関しては、従来のコンピューター単独よりもはるかに優れたものとなるでしょう。しかし、量子コンピューティングはすべて（あるいはほとんど）の問題に対して理想的なわけではありません。

ほとんどの種類のタスクや問題に対して、従来のコンピューターは、引き続き最適なソリューションであり続けると想定されています。しかし、科学者やエンジニアが特定の非常に複雑な問題に遭遇すると、量子コンピューティングが活躍します。このようなタイプの難しい計算では、最も強力な従来型のスーパーコンピューターでさえ、量子コンピューティングに比べると見劣りします。これは、最も強力な従来型のスーパーコンピューターでさえ、20世紀の技術に依存したバイナリー・コード・ベースのマシンであるためです。

複雑な問題とは、多くの変数が複雑に相互作用する問題です。たとえば、分子内の個々の原子の振る舞いをモデル化することは、電子間のさまざまな相互作用が伴うため、複雑な問題です。スーパーコライダーにおける新しい物理現象を特定することも複雑な問題です。従来型のコンピューターでは、現実的な規模では解決方法がわからない複雑な問題がいくつかあります。

従来のコンピューターは、分子の大きなデータベースを分類するような難しいタスクにおいては優れているかもしれません。しかし、これらの分子がどのように振る舞うかをシミュレートするなど、より複雑な問題はなかなか解決できません。

現在、科学者が分子がどのように振る舞うかを知りたい場合、それを合成し、現実世界で実験する必要があります。わずかな調整がその振る舞いにどう影響するかを知りたい場合は、通常、新しいバージョンを合成し、実験を最初からやり直す必要があります。これは高価で時間のかかるプロセスであり、医療や半導体設計などのさまざまな分野の進歩を妨げています。

旧式のスーパーコンピューターは、多数のプロセッサーを使用して、分子のあらゆる部分がどのように振る舞うの可能性があるのかをあらゆる可能な方法によって調べ、総当たりで分子の動作をシミュレートしようとする場合があります。しかし、最も単純な分子を分析した後、スーパーコンピューターは失速します。従来型のコンピューターでは、既知の方法を使用して分子の挙動の考えられるすべての順列を処理できません。

量子アルゴリズムは、この種の複雑な問題に対して新しいアプローチを採用し、これらの分子自体とよく似た振る舞いをするアルゴリズムを実行するための多次元計算空間を作成します。このアプローチは、化学シミュレーションのような複雑な問題を解決するためのはるかに効率的な方法であることが判明しています。

この考え方をこう捉えることもできます。つまり、従来型のコンピューターでは、分子がどのように振る舞うのかを知るために、膨大な数値計算を行う必要があります。量子コンピューターは数値を計算する必要はなく、分子システムを直接模倣することができます。

量子アルゴリズムはまた、従来型のコンピューターにはできない方法でデータを処理し、新たな構造と洞察を提供できます。

量子コンピューティングは1980年代初頭に初めて理論化されましたが、数学者のピーター・ショアが仮想量子マシンの最初の実際的な現実世界への応用を発表したのは1994年になってからでした。ショアの素因数アルゴリズムは、量子力学コンピューターが当時の最先端の暗号化システム（その一部は現在も使用されています）を潜在的に破る可能性があることを実証しました。

Shor氏の研究結果は量子システムの実行可能な応用を実証し、サイバーセキュリティーだけでなく他の多くの分野にも劇的な影響を与えるものとなりました。

特にエンジニアリング会社、金融機関、世界的な海運会社などは、量子コンピューターが各分野の重要な問題を解決できるユースケースを模索しています。量子研究によるメリットの爆発的な増加が目前に迫っています。量子ハードウェアが拡大し、量子アルゴリズムが進歩するにつれて、分子シミュレーション、エネルギー・インフラストラクチャー管理、金融市場モデリングなど、大きく重要な問題に対する新しいソリューションを発見できる未来がすぐそこまで来ています。

量子コンピューターは、多くの変数を含む特定の複雑な問題を解決するの上で優れています。新薬の開発から半導体開発の進歩、複雑なエネルギー問題への取り組みまで、量子コンピューティングはいくつかの重要な産業で飛躍的な進歩の鍵を握っている可能性があります。

量子コンピューティングはもはや単なる理論ではありませんが、現在も開発途上です。世界中の科学者が量子マシンの速度、性能、効率を高める新たな手法の発見に取り組むなか、量子技術は転換点に近づいています。実用的な量子コンピューティングの進化は、量子優位性と量子ユーティリティーという概念で捉えることができます。

量子ユーティリティーとは、従来型コンピューティング上で動作する総当たり方式の量子マシン・シミュレーターでは扱えない問題に対し、信頼性と正確性の高い解を提供する量子計算を指します。従来、こうした問題に対処できたのは、特定の問題固有の構造を利用するよう精密に設計された、問題別の従来型近似手法のみでした。IBMが量子ユーティリティーを初めて実証したのは2023年です。

広義の量子優位性という用語は、量子が既知のすべての古典的な方法よりも優れた、高速な、または安価なソリューションを提供できる状況を指します。量子コンピューター上で量子優位性を示すアルゴリズムは、既知のすべての従来型コンピューティング手法では得られない、実用上重要なメリットを提供できる必要があります。量子コンピューティングと高性能コンピューティングのコミュニティーが協力すれば、IBMは2026年後半までに最初の量子優位性を実現できると見込んでいます。

量子コンピューティングは現在、一部の問題において従来型近似法の有力な代替手段となっているため、科学的探究に役立つツール、つまりユーティリティーを備えていると研究者は評価しています。量子ユーティリティーは、量子手法が既知のすべての従来型手法を上回る高速化を実証したと主張するものではありません。この点が、量子優位性という概念との重要な違いです。

IBMは、量子コンピューターをベンチマークするための2つのメトリクスとして、レイヤー忠実度と1秒あたりの回路レイヤー演算数（CLOPS）を導入しました。

有用なベンチマークであるレイヤー忠実度は、量子プロセッサー全体の回路実行能力を包括的に表すと同時に、個々の量子ビット、ゲート、クロストークに関する情報も明らかにします。レイヤー忠実度プロトコルを実行することで、研究者は量子デバイス全体を評価しながら、個々のコンポーネントの詳細な性能情報とエラー情報を取得できます。

レイヤー忠実度に加えて、IBMは1秒あたりの回路レイヤー演算数（CLOPS）という速度指標も定義しました。現在、CLOPSは、プロセッサーが量子ボリューム回路を連続して実行できる速度を測定する指標です。量子コンピューティングと従来型コンピューティングの両方を含む、システム全体の速度を表します。

レイヤー忠実度とCLOPSを組み合わせることで、量子ハードウェアの改善や利用に取り組む人々にとって、より有意義なシステム・ベンチマークが可能になります。これらのメトリクスにより、システム同士やIBMのシステムと他のアーキテクチャーを比較しやすくなり、規模の拡大に伴う性能向上も把握できます。

回路の深さも量子処理ユニットの不可欠な機能です。これは、量子ビットがデコヒーレントする前に処理ユニットが実行できる並列ゲート実行の数（量子回路のステップ数）を示す尺度です。回路の深さが深いほど、より複雑な回路をコンピューターで実行できます。

今日、IBM、Google社、Microsoft社、D-Wave社、Rigetti Computing社などの企業が実際の量子ハードウェアを製造しています。40年前には理論上のものにすぎなかった最先端のツールを、現在では何十万人もの開発者が利用しています。エンジニアは、ソフトウェア、および量子/古典的オーケストレーションの重要な進歩とともに、これまで以上に強力な超電導量子プロセッサーを定期的に提供しています。この取り組みは、世界を変えるために必要な量子コンピューティングの速度と容量の実現に向けて推進されています。

この分野で量子ユーティリティーが達成された現在、研究者たちは最先端の量子コンピューターをさらに有用なものにするため、熱心に取り組んでいます。IBM® Quantumなどの研究者は、量子ユーティリティーを向上させ、量子アドバンテージを実現する可能性があるいくつかの重要な課題を特定しました。

1. 量子プロセッサーの拡張：量子コンピューティングで使用される量子ビット・ベースのプロセッサーは、ビット・ベースのプロセッサーを大幅に上回る可能性がありますが、現在の量子プロセッサーが対応できる量子ビット数はまだわずかです。研究が進むにつれて、IBMは2029年までに1億個の量子ゲートを実行できる200個の論理量子ビットを持つ量子システムを導入する予定です。同社の長期目標は、2033年までに10億ゲートを実行できる2,000論理量子ビットのシステムを構築することです。
2. 量子ハードウェアの拡張：量子ビットは強力な計算能力をもたらす一方でエラーが発生しやすく、宇宙空間よりも低い温度を実現できる大型冷却システムが必要です。研究者たちは、フットプリント、コスト、エネルギー使用量を削減するために、量子ビット、エレクトロニクス、インフラストラクチャー、ソフトウェアを拡張する方法を開発しています。
3. 量子誤り訂正：量子ビットが正常に機能しなくなり、不正確な結果を生むデコヒーレンスは、あらゆる量子システムにとって大きな障害です。量子誤り訂正では、量子情報を本来必要な数より多くの量子ビットに符号化する必要があります。2024年、IBMは、従来の手法より効率が約10倍高い画期的な新しい誤り訂正符号を発表しました。量子誤り訂正符号の実装と、符号化された量子情報に対する計算には依然として課題がありますが、この新しい符号は、今後の進展に向けた明確な方向性を示しています。この符号は、10億個以上の論理ゲートを持つ量子回路の実行に向けた道筋を示しています。
4. 量子アルゴリズムの発見：量子優位性には2つの構成要素が必要です。1つ目は実行可能な量子回路、2つ目は量子問題を解決する際にそれらの量子回路が既知の古典的な手法よりも優れていることを実証する手段です。量子アルゴリズムの発見は、現在の量子テクノロジーを量子ユーティリティから量子優位性へと導くものです。
5. 量子ソフトウェアとミドルウェア：量子優位性を実現する量子コンピューティングには、量子プログラムを作成、最適化、実行するための高性能で安定したソフトウェア・スタックが必要です。オープンソースでPythonをベースとするIBMのQiskitは、世界で最も広く利用されている量子SDKです。これは、IBMの超電導量子コンピューターでの両方の実行に役立ちます。磁場に閉じ込めたイオンや量子アニーリングなど、別の技術を採用するシステムにも適用できます。
6. 量子中心のスーパーコンピューティング： 量子コンピューティングは当面の間、現代および将来の古典的なスーパーコンピューティングと連動して役に立つでしょう。量子研究者たちはこれに応えて、古典的なスーパーコンピューターが量子回路を使用して問題を解決できる世界の準備を進めています。