マイクロソフトの量子コンピューティングにおける大勝利は結局「間違い」だった

2018年3月、オランダの物理学者でマイクロソフト社員のレオ・​​クーウェンホーフェン氏は、マヨラナフェルミオンと呼ばれる捉えどころのない粒子を観測したという、注目を集める新たな証拠を発表した。

マイクロソフトは、マヨラナ粒子を量子コンピュータの開発に利用しようと考えていました。量子コンピュータは、奇妙な物理法則を利用することで、かつてないほどのパワーを秘めています。ライバルであるIBMとGoogleは、既により確立された技術を用いて優れたプロトタイプを開発していました。クーウェンホーフェン氏の発見は、マイクロソフトが追いつくチャンスを後押ししました。同社の量子コンピューティング事業開発担当ディレクター、ジュリー・ラブ氏はBBCに対し、同社は「5年以内に」商用量子コンピュータを開発すると述べました。

3年後、マイクロソフトの2018年の物理学への取り組みは失敗に終わった。先月末、クーウェンホーベン氏と21人の共著者は、実験から得られたさらなるデータを含む新たな論文を発表した。論文は、結局、念願の粒子は発見されなかったと結論付けている。著者らからの添付文書によると、権威ある科学誌「ネイチャー」に掲載された元の論文は「技術的な誤り」を理由に撤回される予定だ。

この分野の物理学者2人は、2018年の結果に疑問を呈した後にクーウェンホーフェン氏のグループから提供された追加データは、チームが当初、話題となった主張を裏付けるデータポイントを除外していたことを示していると述べている。「彼らが何を考えていたのかは定かではありませんが、論文の内容と直接矛盾するデータをいくつか省略していました。より詳細なデータから判断すると、マヨラナ効果は存在しないことは間違いありません」とピッツバーグ大学のセルゲイ・フロロフ教授は述べている。

2018年の論文は、2012年の研究よりもマヨラナ粒子の存在を示す確固たる証拠を示したと主張したが、2012年の研究はより曖昧な結果であったにもかかわらず、クーウェンホーベン氏とデルフト工科大学の彼の研究室は名声を博した。このプロジェクトはマイクロソフトによって部分的に資金提供されており、同社は2016年にクーウェンホーベン氏をマヨラナ粒子の研究のために雇用した。

2018年の論文では、極低温の半導体極細線を流れる電流に、「ゼロバイアスピーク」と呼ばれるマヨラナ粒子の特徴的な特徴が見られることが報告されている。論文中のグラフの一つには、理論予測通りの電気伝導率でプラトーを描く点が示されていた。

フロロフ氏は、未発表データに複数の問題点を発見したと述べています。その中には、発表論文では省略されていたものの、線から外れているデータ点も含まれています。もしこれらのデータ点が含まれていたとしたら、マヨラナ粒子は存在しない可能性を示唆していたことになります。フロロフ氏が指摘した観測結果は、先月発表された新しい論文の図表にも記載されていますが、なぜこれまで除外されていたのかは本文では説明されていません。論文では、特定の理論予測を実験的に検証しようとすることは「確証バイアスにつながり、事実上偽陽性の証拠を生み出す可能性がある」と認めています。

マイクロソフトは、クーウェンホーベン氏名義の声明を発表し、同氏のグループによる研究結果を再解釈した新たな論文が査読中であるためコメントできないと述べた。「大規模量子コンピューティングは人類が直面する最大の課題の解決に役立つと確信しており、量子コンピューティングへの投資は今後も継続します」と同氏は述べた。ネイチャー誌は昨年4月、2018年の論文に対し「編集部から懸念の表明」をしており、広報担当者は今週、「問題解決に向けて著者らと協力している」と述べた。デルフト工科大学の広報担当者は、2020年5月に開始された研究公正委員会による調査はまだ完了していないと述べた。調査プロセスに詳しい関係者によると、最終報告書では、デルフトの研究者らはミスを犯したものの、誤解を招く意図はなかったと結論付けられる可能性が高いという。

何が起こったにせよ、マヨラナ事件は、量子コンピューティング分野で競争するというマイクロソフトの野望にとって後退となる。大手コンピューティング企業は、この技術が科学と工学における新たなブレークスルーを可能にし、未来を決定づけるだろうと述べている。

量子コンピュータは、データの1と0を符号化する量子ビットと呼ばれるデバイスで構成されますが、重ね合わせと呼ばれる量子状態を用いることで、従来のコンピュータのビットでは不可能な数学的トリックを実行することもできます。このアイデアを商用化する上での主な課題は、量子状態が繊細で、熱や電磁ノイズによって容易に破壊され、量子ビットにエラーが発生しやすいことです。

Google、IBM、Intelはいずれも約50量子ビットの量子プロセッサのプロトタイプを公開しており、ゴールドマン・サックスやメルクなどの企業もこの技術を試験している。しかし、実用的な処理には数千から数百万の量子ビットが必要になる可能性が高い。量子コンピュータのパワーの多くは、自身の不具合を修正するために使われることになるだろう。

マイクロソフトは異なるアプローチを採用し、マヨラナ粒子に基づく量子ビットはよりスケーラブルで、飛躍的な進歩を可能にすると主張している。しかし、10年以上の開発期間を経ても、まだ量子ビットは1つも存在しない。

マヨラナ粒子は、1937年に粒子が自身の反粒子であるという奇妙な性質を持つはずであると仮説を立てたイタリアの物理学者エットーレ・マヨラナにちなんで名付けられました。その後まもなく、彼は船に乗り込み、その後行方不明になりました。物理学者たちが彼の名を冠した粒子の一つをはっきりと捉えたという報告は、次の千年紀、クーウェンホーフェンの研究室で初めて行われました。

マイクロソフトがマヨラナに興味を持ったのは、2004年に同社の研究者らが技術戦略責任者のクレイグ・マンディー氏に接触し、量子コンピューターの発展を阻んでいる問題の一つである量子ビットの不安定性を解決する方法があると語ったことがきっかけだった。

研究者たちは、より信頼性の高い量子ビットの構築方法を示唆する理論物理学の論文に注目した。これらのいわゆるトポロジカル量子ビットは、マヨラナ粒子など、極低温において特定の物質内の電子の塊の中に突然出現する特殊な粒子を中心に構築される。

マイクロソフトは、カリフォルニア州サンタバーバラのステーション Q と名付けられた拠点を中心に、トポロジカル量子コンピューティングの理論と実践を具体化するために、物理学者と数学者からなる新しいチームを結成しました。彼らは、この新しい形式の量子ビットの構築に必要な粒子を探している一流の実験物理学者と協力し、資金を提供しました。

デルフト出身のクーウェンホーフェン氏は、マイクロソフトの支援を受けた物理学者の一人です。2012年に発表した論文で、ナノワイヤ内部のマヨラナ粒子の「特徴」を報告したことから、この謎の粒子の存在を証明した研究者にノーベル賞が授与されるのではないかという憶測が広がりました。2016年、マイクロソフトは投資を拡大し、その宣伝効果もさらに高まりました。