マイクロソフトが量子コンピュータをクラウドに導入

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マイクロソフトは、Windowsが多種多様なハードウェア上で動作することを保証することで、現在の地位を築いてきました。同社は月曜日、クラウドコンピューティングプラットフォームで、最も珍しいハードウェアである量子コンピュータへのアクセスをまもなく提供すると発表しました。

マイクロソフトは、量子コンピューティングに投資している数社の巨大テクノロジー企業の一つです。量子コンピューティングは、特殊な量子力学的プロセスを用いてデータを処理するため、かつてないほどの計算能力を約束します。同社は現在、Azureクラウドコンピューティングサービスにおいて、エンジニアリング大手のハネウェルと、メリーランド大学発のIonQ、そしてイェール大学発のQCIという2つのスタートアップ企業が提供する3つのプロトタイプ量子コンピュータを、一部の顧客に提供できるよう準備を進めています。

マイクロソフトは、これらの量子コンピュータが実用的な用途に対応できるとは主張していない。既存の量子ハードウェアはあまりにも貧弱だ。しかし、ライバルのIBMやGoogleと同様に、マイクロソフト幹部は、開発者や企業は今すぐ量子アルゴリズムとハードウェアを試し、業界がこの技術の有用性を理解するのを助けるべきだと述べている。

「考えられる解決策のすべてを自分たちで見つけることはできないとわかっています。グローバルなコミュニティが必要なのです」と、Microsoft Quantum のゼネラルマネージャー、クリスタ・スヴォレ氏は言う。

Microsoftの新サービス「Azure Quantum」は、同社が以前にリリースした量子プログラミングツールを同社のクラウドサービスに統合します。開発者は、シミュレートされた量子ハードウェア、またはHoneywell、IonQ、QCIなどの実際の量子ハードウェア上で量子コードを実行できます。

マイクロソフトは月曜日、オーランドで開催されたIgniteカンファレンスでこの新サービスを発表し、数ヶ月以内にサービスを開始する予定だと述べた。同社のパートナー企業は、自社施設で量子コンピュータを運用し、インターネット経由でマイクロソフトのクラウドに接続する。マイクロソフトは独自の量子研究プログラムを長年にわたり実施しているが、量子コンピューティング用のハードウェアはまだ製造していない。

Azure Quantumは、2016年から量子コンピュータのプロトタイプへの無料および有料のアクセスを提供してきたIBMのサービスと類似点がある。グーグルは先週、自社の量子プロセッサの1つがトップクラスのスーパーコンピュータを上回る性能を発揮し、「量子超越性」と呼ばれるマイルストーンを達成したと発表し、近々、厳選された企業に量子ハードウェアへのリモートアクセスを提供する予定だと述べている。

マイクロソフトのプログラムは、複数の異なる量子コンピューティング技術へのアクセスを提供するという点で異なり、これは量子コンピューティング市場の将来を予見するものとなる可能性がある。

量子ハードウェアの運用は複雑であるため、量子ハードウェアを利用する企業のほとんどは、自社で量子コンピュータを購入・構築するのではなく、クラウドサービスを介して利用すると予想されています。IBMとGoogleは今のところ、顧客に自社製ハードウェアへのアクセスを提供することのみを検討しています。

マイクロソフトのモデルは、クラウドプロバイダーが顧客にインテルやAMDなどの企業のプロセッサを選択できるようにする既存のコンピューティング業界に似ていると、IBM、Googleなどの量子コンピューティングツールを構築・連携できるサービスをプログラマーに提供するスタートアップ企業StrangeworksのCEO、ウィリアム・ハーリー氏は語る。「量子コンピューティングを産業として発展させている現状では、できるだけ多くのことに挑戦したいのです」と彼は言う。

マイクロソフトのハードウェアパートナーは、量子コンピュータの構築において、それぞれ異なる2つの主要な手法を採用しています。HoneywellとIonQは、電磁場に閉じ込められた個々のイオンを用いてデータをエンコードします。一方、QCIは超伝導金属回路を用いており、この手法はIBMとGoogleも支持しています。

マイクロソフトの量子クラウドモデルは、ハネウェルや資金力のあるスタートアップ企業など、量子ハードウェアの開発を進めているものの、自社でクラウド事業を展開しておらず、顧客獲得に苦労している企業の課題を解決する可能性もある。「これにより、私たちは最も得意とするクラス最高の量子コンピュータの開発に集中できます」と、マイクロソフトのパートナーであるIonQのCEO、ピーター・チャップマン氏は述べている。このスタートアップ企業の初期の顧客には、量子コンピュータを用いて化学の問題を解こうとしているダウ・ケミカルなどがある。

マイクロソフトの量子クラウドに欠けているものの一つは、同社独自の量子ハードウェアだ。マイクロソフトの大規模な量子研究プログラムは、長期的にはより優れたものになるとされる、まだ成熟度の低い技術に焦点を当てているが、幼稚園レベルの算数さえこなせるチップはまだ開発されていない。

量子コンピュータは、量子ビットと呼ばれる特殊なデバイスで構成されています。従来のハードウェアのコンポーネントと同様に、デジタルデータを処理し、動作します。しかし、量子ビットは1と0を、素粒子のスピンのような量子力学的効果にエンコードするため、1と0が同時に重ね合わせられた第三の状態へと反転することができます。この状態は、人間の日常生活では全く見られないもので、従来のコンピュータでは不可能な計算をショートカットする数学的処理を可能にします。

テクノロジー業界の量子技術の夢にとって最大の課題は、量子ビットの信頼性が非常に低いことです。量子力学的プロセスは非常に繊細で、熱や電磁ノイズによって容易に圧倒されてしまいます。IBM、Google、Intelが製造する最大のチップは約50量子ビットを搭載しています。しかし、100万量子ビット未満、あるいはそれ以上の量子ビットで、はるかに高品質なデバイスが実用化できるかどうかは不明です。

マイクロソフトは、既存の量子ビットよりも安定すると予測されている、トポロジカル量子ビットと呼ばれる重要なデバイスの、今のところ理論上のバージョンに賭けている。これは、長年理論化されてきたものの、ごく最近になってようやくその実体が明らかになった「マヨラナゼロモード」と呼ばれる素粒子レベルの現象を操作することに基づいている。マヨラナゼロモードは、1938年に謎の失踪を遂げたイタリアの物理学者にちなんで名付けられた。

重要な現象は発見されたものの、マイクロソフトの量子部門最高責任者トッド・ホルムダール氏が昨年末までに実現すると発言したにもかかわらず、同社のトポロジカル量子ビットはまだ実現していない。マイクロソフトの量子ハードウェア担当ゼネラルマネージャーであり、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の物理学教授でもあるチェタン・ナヤック氏は、自身の研究グループが、将来的に数百万個のトポロジカル量子ビットをシリコンウエハー上に配置するために必要な材料科学技術の開発を含め、懸命に取り組んでいるとだけ述べた。「これまでの進歩に非常に興奮しています」と彼は語る。

マイクロソフトが独自の量子プロセッサが完成したら、月曜日に発表したハードウェアパートナーとの関係を断つつもりがあるかと問われたナヤック氏は、その答えをためらった。しかし、ノートPCへのアプローチ（マイクロソフトが独自のSurfaceブランドを展開し、競合デバイスもサポートする）と同様の戦略を検討していると示唆した。「しばらくの間、複数の形態のハードウェアが共存する状況が続くと予想しています」とナヤック氏は述べた。

マイクロソフトは、自社製の量子コンピューティングハードウェアを保有していないにもかかわらず、月曜日に新たなコンピュータチップを発表した。これは量子ではなく従来型のチップだが、深宇宙よりも低い温度で動作するように特別に設計されており、同社が期待する量子プロセッサが宇宙に到達した際に、その制御を支援する。

GoogleやIBMの現在の量子ハードウェアと同様に、Microsoftの将来の量子ビットも、特殊な冷蔵庫内で絶対零度に近い冷却によって動作させる必要がある。量子プロセッサの隣に設置したまま動作を継続できるコンピュータチップを開発すれば、冷蔵庫の外部にある電子機器まで配線する必要がある制御配線の数を削減できる。量子チップを外部の電子機器のみで制御するGoogleは先週、配線が技術のスケールアップにおける大きな課題であると述べた。

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