量子コンピューティングは他にどのような「超能力」を発揮できるのでしょうか?

量子コンピューティングはますます近づいてきています。最近、安徽文天量子科技有限公司が開発・製造したWT-QRNG300量子乱数チップが国家暗号管理局商業暗号試験センターの検査に合格し、中国で初めて商業暗号レポートの認証を受けた量子乱数チップ製品となった。

量子コンピューティングはまだ私たちの日常生活には浸透していませんが、特定の分野では驚くべき「超能力」を発揮しています。

複数の分野で台頭

化学シミュレーションや材料研究開発の分野では、量子コンピューティングは魔法を使う魔法使いのようなものです。ドイツの製薬会社メルクは量子コンピューティングを利用して薬物の分子構造と潜在的な化学反応を調査している。 Google の量子チームは、量子コンピュータを使用して単純な分子のエネルギー状態をシミュレートしました。 BMW は量子コンピューティングを使用してバッテリー化学を最適化し、電気自動車の耐久性と充電効率の向上に新たなエネルギーを注入します。

より優れたソリューションを提供する上でも、量子コンピューティングが役立ちます。多くの航空会社は、量子コンピューティングを使用してルート計画と航空機管理を最適化しています。これは、何百万もの飛行経路とスケジュール計画の「迷路」の中で最適な解決策を見つけるようなもので、燃料と時間のコストを節約します。 FedEx は配送ルートを最適化し、輸送コストと炭素排出量を削減するために量子コンピューティングも活用しています。

暗号化と情報セキュリティの分野では、量子コンピューティングは理論から実践へと移行しています。我が国は、銀行間の高度に安全な通信に使用される量子鍵配送に基づく量子通信ネットワークを実現しました。欧州の一部の国のプロジェクトでは、軍事通信や機密データの保護に量子ネットワークも使用しており、これは情報に対して破壊不可能な「量子鎧」を身に着けるようなものだ。

さらに、量子コンピューティングは、金融サービス、機械学習、人工知能などの分野でも重要な役割を果たします。これにより、金融機関はリスク評価、ポートフォリオ最適化、市場シミュレーションにおける潜在能力を最大限活用できるようになり、金融業界の発展に新たな活力がもたらされます。同時に、多くのテクノロジー企業が人工知能の開発に新たなブレークスルーをもたらすことを期待して、人工知能における量子コンピューティングの応用のテストを開始しています。

大規模導入には多くの課題が伴う

量子コンピューティングは大きな可能性を秘めていますが、大規模に普及するまでには依然として多くの課題が残っています。

まず、ハードウェア開発のボトルネックが大きな問題です。量子ビットは繊細な花のようなもので、環境に非常に敏感であり、わずかな振動や温度変化でも不具合が生じる可能性があります。これには、量子コンピュータが絶対零度（摂氏マイナス 273.15 度に相当）に近い条件で動作することが必要になります。現時点では、安定して信頼性の高い量子コンピュータを製造することは依然として困難です。

第二に、量子エラー訂正のコストも非常に高くなります。量子ビットは脆弱であるため、エラー訂正には大量の追加ビットが必要になります。タスクを実行する場合と同様に、少数の論理量子ビットの正常な動作をサポートするには数千の物理量子ビットが必要になる可能性があり、これにより量子コンピューティングの実用性が著しく制限されます。

さらに、アルゴリズムは未開発です。現在利用可能な量子アルゴリズムはほんの一握りであり、そのほとんどは特定の問題にのみ適用可能です。量子プログラミングは従来のプログラミングとは大きく異なり、プログラマーはこの変化に適応するためにまったく新しいスキルと思考パターンを必要とします。それはまるで新しい言語を一から学ぶようなものです。多くの時間と労力がかかります。

さらに重要なのは、現在の古典的なコンピューティングの強固な基盤を無視できないことです。数十年にわたる開発を経て、従来のコンピューティングは、ほぼすべての日常的なコンピューティング ニーズを満たすことができる完全なエコシステムを形成しました。対照的に、量子コンピューティングのハードウェア、ソフトウェア、およびアプリケーションの開発はまだ非常に未熟であり、より広範な非特定のコンピューティング分野では従来のコンピューティングと直接競合することはできません。

未来には無限の可能性がある

多くの課題があるにもかかわらず、量子コンピューティングの未来は依然として無限の可能性に満ちています。現時点では、量子コンピューティングと古典的コンピューティングは今後も長期間にわたって連携し、古典的コンピューティングが日常的なタスクを担当し、量子コンピューティングが高度に複雑な問題を解決すると思われます。しかし、技術が進歩しコストが下がると、量子コンピューティングはいくつかの分野で従来のコンピューティングを上回り、徐々により多くの業界に浸透する可能性があります。

天文学の分野では、科学者が量子コンピューティングを使用してブラックホールの挙動をシミュレートし、暗黒物質を調査できるようになることが予測されます。医療分野では、研究者は量子コンピューティングを利用してパーソナライズされた医薬品の開発を加速できる可能性があります。量子機械学習では、新しいアルゴリズムが人工知能開発の新たなエンジンとなる可能性もあります。量子インターネットおよび通信では、量子もつれに基づくこのネットワークにより、完全に安全な通信を実現できます。人々がより期待している消費者向けアプリケーションの分野では、マイクロ量子チップを搭載した個人用デバイス、暗号化と復号化の高速化、または個人データ処理の最適化はもはや空想ではありません。

量子コンピューティングは、そのユニークな魅力と無限の可能性で私たちの世界を変えています。

（著者の劉延佳は中国科学院計算技術研究所のエンジニアです）