こんばんは。
本日はすこし物理学のニュースをお届けします。私たちの生活にどのような影響を与えるのかをAIに解説していただきました。
以下AI作成
量子計算機とは
量子力学の原理を利用して計算を行うコンピュータのことです。
量子力学とは、原子や電子などの微小な物質の振る舞いを記述する物理学の一分野です。量子力学では、物質は波と粒子の両方の性質を持ち、同時に複数の状態に存在できるという現象が起こります。
この現象を量子重ね合わせと呼びます。
量子計算機では、量子重ね合わせを利用して、従来のコンピュータでは扱えないような大規模な問題を高速に解くことができます。
例えば、素因数分解や化学反応のシミュレーションなどが挙げられます。量子計算機の性能は、量子ビットと呼ばれる計算の基本単位の数で表されます。
量子ビットは、0と1の両方の状態に同時に存在できる特殊なビットです。
理化学研究所（理研）は、2023年3月に国産初の64量子ビットの超伝導方式の量子計算機を稼働させました。
超伝導方式とは、電気抵抗がゼロになる超低温状態で動作する方式です。この方式は、高い信号品質や高い集積度を実現できるというメリットがあります。
理研は、この量子計算機をインターネットを通じて外部から利用できるようにしました。
これにより、企業や大学などが量子計算機を使って研究開発を行うことができます。理研は、富士通株式会社などと協力して、量子計算機の開発や応用に関する研究を進めています。
理研が稼働させた量子計算機は、日本が世界に誇る先端技術の成果です。この技術は、脱炭素社会や創薬などの分野に貢献する可能性があります。今後も理研は、量子計算機の性能向上や応用範囲の拡大に努めていくと発表しています。
量子計算機の技術貢献
量子計算機の技術は、脱炭素社会や社会問題にどう貢献していくのでしょうか。以下に、いくつかの例を紹介します。
脱炭素社会
気候変動問題に対応するために、カーボンニュートラル（温室効果ガスの排出と吸収が釣り合う状態）を目指す動きが世界的に進んでいます。
日本も2050年までにカーボンニュートラルを達成することを目標としています。そのためには、エネルギー消費や発電などの分野で、化石燃料から再生可能エネルギーや水素などの低炭素エネルギーへの転換が必要です。
しかし、そのようなエネルギー変革には、新しい材料や触媒などの開発が欠かせません。量子計算機は、新しい材料や触媒の探索や設計に有効なツールとなります。
例えば、水素エネルギーでは、水から水素を効率的に生成するためには、高性能な触媒が必要です。量子計算機は、水分解反応のメカニズムを詳細に解析し、最適な触媒を見つけることができます。
また、再生可能エネルギーでは、太陽光や風力などの不安定な電力供給に対応するためには、大容量かつ高効率な電池や蓄電池が必要です。
量子計算機は、電池や蓄電池の材料や構造を最適化し、性能向上に貢献することができます。このように、量子計算機は、脱炭素社会の実現に向けて、エネルギー分野のイノベーションを加速することができます。
社会問題
人口増加や都市化、高齢化などに伴って、世界ではさまざまな社会問題が深刻化しています。国連は、2030年までにこれらの問題を解決するための目標として、持続可能な開発目標（SDGs）を掲げています。
SDGsには、貧困や飢餓の撲滅、健康や教育の向上、ジェンダー平等や気候変動対策など、17の目標と169のターゲットが含まれています。
量子計算機は、SDGsの達成に向けて、多くの分野で貢献することができます。例えば、健康や医療では、新薬やワクチンの開発や診断法の改善に役立ちます。量子計算機は、複雑な分子やタンパク質の構造や相互作用を高精度に計算し、有効な医薬品候補をスクリーニングすることができます。
また、量子計算機は、人工知能（AI）や機械学習（ML）と組み合わせることで、大量の医療データから有用な知見を抽出し、診断や治療に活用することができます。このように、量子計算機は、健康や医療分野の革新に貢献することができます。
量子計算機の課題（抜粋）
エラーの抑制
量子計算機の基本単位である量子ビットは、外部環境やハードウェアの不完全性などによってエラーが発生しやすいです。
エラーが多いと、計算結果が正しくなくなります。そのため、エラーを検出し訂正する仕組みが必要です。
しかし、エラー訂正には多くの量子ビットや高度な制御技術が必要で、現在の技術ではまだ実現できていません。
スケールアップ
量子計算機の性能は、量子ビットの数に比例します。しかし、量子ビットを増やすと、エラーの発生率や冷却の難易度などが上がります。
また、量子ビット同士を相互作用させるためには、高精度な配線や集積回路が必要です。現在の技術では、数十から数百個程度の量子ビットを実装することができますが、実用的な問題を解くためには、数千から数万個程度の量子ビットが必要とされます。
アルゴリズムの開発
量子計算機は、従来のコンピュータとは異なる計算原理を持っています。そのため、量子計算機に適したアルゴリズムを開発する必要があります。
しかし、量子力学の知識や量子計算理論の専門性が高いため、アルゴリズムの開発は容易ではありません。また、現在の量子計算機はエラーが多く性能が低いため、実際に動作するアルゴリズムを試すことも困難です。
以上です。
いかがでしたか。簡単にいうととんでもない速さで処理ができるコンピュータで私たちの暮らしが豊かになる可能性がありますが、まだ少し先の話ということです。
最近、技術進歩が早すぎて追いついていないのは私だけでしょうか。
それではまた。
