DOE(米エネルギー省)の量子コンピューター

DOEのローレンス・バークレー国立研究所では、量子コンピュータの心臓部である量子ビットを、科学者が量子コンピュータに使用するための研究を行えるだけの温度に保つために、高度な冷却システムを使用しています。

量子コンピューターは、最大級のスーパーコンピューターでも困難な問題を解決する能力に革命をもたらすかもしれません。量子コンピューターは、量子ビット（qubit）で構成されています。この量子ビットは、現在のデジタルコンピュータのビットと同じような役割を果たします。しかし、量子力学の法則により、量子ビットはビットよりも指数関数的に多くの情報を格納することができる。この量子ビットに格納されている情報を操作することで、難しい問題でも質の高い解決策を素早く生み出すことができる。これまでに、データベースの検索など、さまざまな分野で量子力学的な高速化が実証されている。現在は、他のアプリケーションの開発に取り組んでいます。

研究者たちは、量子コンピュータが、本質的に量子力学的な性質をもつ物理システムの特性を計算するのに適していると期待している。例えば、化学触媒として使われる分子は、その大きさにもかかわらず量子力学の影響を受けます。また、原子の核の中でまとまっているクォークやグルーオンなども含まれます。また、量子コンピューターは、膨大な選択肢の中から最適なものを選ぶ「最適化問題」を解くのにも適しているかもしれない。現在利用可能な量子コンピューターは、小さくてノイズの多い試作品ですが、この分野は急速に進歩しています。最先端のエクサスケール・コンピュータを超えて、量子コンピュータがコンピューティングの世界で重要な役割を果たす日も近いかもしれません。

DOEオフィス・オブ・サイエンス量子コンピュータへの貢献

量子コンピューティング研究の支援は、2017年の高度な科学計算研究プログラムに端を発し、科学研究所全体に急速に広がっていきました。現在、研究ポートフォリオには、核・素粒子物理学、プラズマ科学、化学、材料などのアプリケーションが含まれています。また、量子コンピュータの基本的な構成要素の改善、任意の量子ビット群を最大限に活用するための高度な制御の開発、そして最終的に量子コンピュータをより使いやすくするためのコンピュータサイエンス研究も含まれています。

量子コンピュータの概要

・量子コンピュータは、量子力学の法則を利用して、ある種の計算を現在のスーパーコンピュータよりも指数関数的に高速に実行します。
・DOEのOffice of Scienceでは、量子コンピューティングハードウェアの最新技術を向上させるために、2つの量子コンピューティングテストベッドをサポートしています。
・量子コンピューターの応用は、科学と産業の両方に影響を与える日が来るかもしれません。

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