PopSci Q&A: セス・ロイドが量子コンピューティングとQuooglingについて語る

MIT 極限量子情報理論センター所長のセス・ロイドが、ビール樽型超伝導体と量子宇宙に関するいくつかの（非常に）大きな疑問に答えます。

量子コンピュータに関するセス・ロイドの見解

ポピュラーサイエンス：量子コンピューターは通常のコンピューターとどう違うのでしょうか？
セス・ロイド:量子コンピューターは、物理学が許す最小かつ最も基本的なレベルで動作します。通常のコンピューターでは、1 ビットの情報は多数の電子で表されます。量子コンピューターでは、最も基本的な粒子に情報ビットを保存します。つまり、「キュービット」は 1 個の電子で表されます。

なぜ小さいビットの方が良いのでしょうか?
量子力学レベルでは、電子は同時にここにもあそこにも存在できます。そして、あなたがここにもあそこにもいれば、同時にあれこれすることもできます。

PS: 複数のプロセッサを搭載した通常のコンピュータとどう違うのでしょうか?
通常のコンピューターでは、ビットは 0 または 1 になります。あちらの電子は 0 を意味し、こちら側の電子は 1 を意味します。量子コンピューターでは、ビットは 0、1、またはその両方になります。つまり、量子コンピューターでは、1 つの量子ビットは同時に 2 つのことを意味し、2 つの量子ビットの場合は同時に 4 つのことを意味し、3 つの量子ビットの場合は同時に 8 つのことを意味します。

今日の量子コンピュータにはいくつの量子ビットがあるのでしょうか?
量子ビットは 12 個ほどあります。複雑な方程式を非常に速く解くことができます。300 個の量子ビットがあれば、一度に 2,300 の作業を実行できます。これは、宇宙に存在する素粒子の数と同じです。つまり、多くの作業を実行できるのです。

機械は実際にどのように動作するのでしょうか?
電子を制御できれば、量子ビットも制御できます。量子ビットを反転するには、マイクロ波やレーザーを照射します。これらは私たちがよく知っている方法です。通常のコンピューターが行うことは、ビットをある場所から別の場所へ移動することだけです。

量子コンピューターは通常のコンピューターのように見えますか?
いいえ。典型的な量子コンピューターは、1950 年代のデジタル コンピューターに似ています。量子ビットは、小さな試験管の中にある分子に保存できます。しかし、量子ビットを消去するには、試験管を超伝導磁石の間に挟む必要があります。試験管は、液体ヘリウムのクライオスタットの中にあります。ケーブルが何本も蛇のように伸びているビール樽のように見えます。

ザッピングはどのように行いますか?
通常のコンピューターで命令を出すと、それがマイクロ波発生器によって一連の電撃に変換されます。そして、分子から放出される微弱なマイクロ波を観察します。それが計算の結果です。

線形方程式を解くのにコンピューターを使わない場合はどうでしょうか? 量子グーグル検索はどうでしょうか?
Quoogle のことですか? このアイデアは試してみました。完全なセキュリティと匿名性を保ちながら、データベースをより高速に検索できます。Quoogle が答えを出した後は、Quoogle が質問をコピーできないことが絶対的に保証されます。未知の量子状態を測定すると、必然的に台無しになってしまうからです。複製不可定理によれば、未知の量子状態をコピーしようとすると、(a) できない、(b) 試みることで必然的に量子状態が台無しになる、ということになります。つまり、質問をコピーすることはできません。

これは新しいレベルのプライベートブラウジングです。
ええ、実際、私はそのアイデアをセルゲイ・ブリン氏とラリー・ペイジ氏（Google）に持ち込んで、「皆さん、量子インターネットという素晴らしいアイデアを思いつきました。これに資金を提供するか、会社を買収しますか？」と尋ねました。すると彼らは、「本当に申し訳ありませんが、私たちの事業計画は、すべての人についてすべてを知ることに基づいています。ですから、これは私たちの事業計画に反します」と答えました。

量子コンピュータが解決できる最大の問題は何でしょうか?
宇宙はどこから来て、はるか遠い未来にどこへ向かうのか。これらの疑問に答えることができるのは、宇宙が量子コンピュータだからです。エネルギーではなく情報の観点から考えてみましょう。宇宙はビット（素粒子）で構成されており、それらの相互作用は演算です。宇宙にいくつのビットがあるか、それらを反転させるのにどのくらいのエネルギーが必要か、どのくらいのエネルギーが存在するかを計算し、それを使って宇宙の歴史に関する多くのことを除外することができます。これ以上のビット反転が必要なことは起こり得ません。これはまた、十分なビットがあれば、事実上宇宙と区別がつかない量子コンピュータを作ることができることを意味します。

量子コンピュータの宇宙レプリカに何を尋ねますか?
私は宇宙に尋ねる普通の質問をします。例えば、「なぜ？」などです。しかし、それでもあまり答えは期待できません。