10の25乗年かかる計算を5秒で。GoogleのWillowのスゴさ。量子コンピューター関連銘柄紹介
Googleは今月、量子チップの開発を発表。これまでの量子エラー問題を大幅に削減することに成功し、10の25乗年かかる計算を5秒で実行できるという驚異的な性能をもつとされています。本記事では、Googleの量子チップや量子コンピューター関連銘柄についてわかりやすく解説します。
近年、量子コンピュータという言葉を耳にする機会が増えてきました。
量子コンピューターというSFっぽいキーワードですが、量子コンピュータは着実に進化を遂げ、私たちの生活を変える可能性を秘めた技術として注目されています。
特に、2024年12月にGoogleが発表した量子チップ「Willow」は、従来のコンピュータでは10の25乗年かかる計算をわずか5分で実行できるという驚異的な性能を誇り、世界に衝撃を与えました。
10の25乗年と言えば、10の隣に24個の0が並ぶので10,000,000,000,000,000,000,000,000年。
宇宙が138億歳以上と言われているので、宇宙の歴史よりもはるかに時間のかかる計算を5分でできるということらしいです。なんだか何言ってるのかよくわかりませんね。
Willowは従来の量子コンピュータの課題であった計算エラーを大幅に削減することに成功し、量子コンピュータの実用化に向けて大きな一歩を踏み出しました。
本記事では、ウッドストック経済部が、量子コンピューターとGoogleのWillow（ウィロウ）を解説し、最後に米国の量子コンピューター関連銘柄を紹介させていただきます。
Googleが開発した量子チップ「Willow」とは？
Willowは、Googleが開発した最新の量子チップです。従来のコンピュータでは天文学的な時間がかかる計算をわずか数分で処理できるほどの性能を有しています。Willowは、量子コンピュータが実用化レベルに到達するための重要な一歩となる「閾値以下の量子エラー訂正」を世界で初めて達成しました。
「閾値以下の量子エラー訂正」とは、簡単に言えば、計算ミスの確率を減らす技術のことです。
量子コンピュータはとても繊細なマシンなため、ちょっとした外部からの影響で計算エラーを起こしやすいという弱点があります。このエラーを訂正するのが「量子エラー訂正」です。
従来のコンピュータでもエラー訂正は行われていますが、量子コンピュータでは「0」と「1」の重ね合わせ状態を利用するため、従来とは異なる方法でエラーを訂正する必要があります。
「閾値以下の量子エラー訂正」とは、このエラー訂正を非常に高い精度で行う技術のことです。 簡単に言うと、量子コンピュータが計算ミスをする確率を、ある一定の低い値（閾値）以下に抑える技術です。
この技術が確立されると、量子コンピュータの実用化に大きく近づくとされてきました。なぜなら、量子コンピュータは量子ビットを増やすほど計算能力が向上しますが、同時にエラーも増えやすくなるからです。
閾値以下の量子エラー訂正によって、量子ビットを増やしてもエラーを抑制できるようになり、より複雑な計算が可能になるわけです。
GoogleのWillowは、この「閾値以下の量子エラー訂正」を世界で初めて達成したことで、量子コンピュータの実用化に向けて大きな一歩を踏み出しました。
つまり、量子ビットの数を増やしてチップのサイズを大きくしても、エラー訂正によって計算精度を維持できることを意味します。
そもそも量子コンピュータとは？
量子コンピュータとは、原子や電子などのミクロな世界の物理法則である「量子力学」を応用したコンピュータです。従来のコンピュータは「0」か「1」のどちらかの状態しか表せませんが、量子コンピュータは「量子ビット」と呼ばれる情報単位を用いることで、「0」と「1」の両方の状態を同時に表すことができます。これは、回転しているコインが表と裏の両方の状態を同時に持っているようなイメージです。 この「重ね合わせ」と呼ばれる状態を利用することで、従来のコンピュータでは不可能だった超並列処理が可能となり、桁違いの計算能力を実現できるのです。
量子コンピュータの歴史
量子コンピュータの概念が初めて提唱されたのは1980年代のことです。その後、1990年代後半に最初の量子コンピュータが開発されましたが、当時はまだ基礎研究段階であり、実用化には程遠いものでした。
しかし、2000年代に入ると技術開発が加速し、近年ではGoogle、IBM、Microsoftなどの大手IT企業が量子コンピュータの開発に積極的に取り組んでいます。
量子コンピュータの仕組み
量子コンピュータは、「量子ビット」、「量子ゲート」、「量子アルゴリズム」という3つの要素から構成されています。
量子ビットは、前述の通り「0」と「1」の両方の状態を同時に表すことができる情報単位です。量子ゲートは、量子ビットの状態を操作するための回路であり、量子アルゴリズムは、量子コンピュータで特定の問題を解くための手順を記述したものです。
Willowによって何が変わるのか？
Willowの登場により、これまで不可能だった計算が可能になることで、様々な分野で革新的な変化が期待されています。
創薬
新薬の開発プロセスを大幅に加速し、これまで治療法がなかった病気の治療薬開発に貢献する可能性があります。例えば、Menten AIはAmazon傘下AWSの量子コンピューティングリソースを活用し、タンパク質の構造に基づいた薬剤設計を行っています。
これは、従来の方法では困難であった複雑な分子構造の解析を可能にし、新薬開発の効率を飛躍的に向上させる可能性を秘めています。
材料科学
新素材の開発や既存材料の改良を促進し、より高性能な製品の開発に繋がる可能性。
金融
金融市場の予測やリスク管理の精度向上に役立つ可能性があります。
人工知能
AIの学習能力を飛躍的に向上させ、より高度なAIの開発に貢献する可能性。
以上のような応用分野の中でも、創薬は特に期待が高いようです。
Willowは大きな可能性を秘めていますが、量子コンピュータの実用化にはまだ課題も多く残されています。
Amazonも量子コンピュータに投資
Googleだけでなく、Amazonも量子コンピュータに注目し、積極的に投資を行っています。 10 Amazonは、量子コンピュータのクラウドサービス「Amazon Braket」を提供しており、誰でも量子コンピュータを利用できる環境を構築しています。
Amazonが量子コンピュータに投資しているのは、将来的にAWSのサービス向上に大きく貢献すると考えているからです。
例えば、物流の最適化、顧客行動の分析、新サービスの開発など、様々な分野で量子コンピュータの活用が期待されています。
イオンQ(IonQ)という量子コンピュータ企業も注目されている
イオンQは、アメリカに拠点を置く量子コンピュータ企業です。
独自の「トラップイオン方式」と呼ばれる技術を用いた量子コンピュータを開発しており、高い精度と安定性を誇ります。
イオンQは、複数のイオンを直線状に並べることで量子ビットを生成し、レーザーを用いて量子ビットの状態を制御・測定します。
この方式は、量子ビットの安定性が高く、エラー率が低いという利点があります。
イオンQは、ソフトバンクやAWS（アマゾン・ウェブ・サービス）などから出資を受けており、今後の成長が期待されています。
イオンQの株価はここ半年で+531%の上昇（24’12/23 16:57現在）しており、注目度が高まっている様子が伺えます。
量子コンピューターの将来性
GoogleのWillowは、量子コンピュータの実用化に向けた大きな一歩となる技術です。
Willowの登場により、創薬、材料科学、金融、人工知能など、様々な分野で革新的な変化が期待されます。AmazonやIonQなど、多くの企業が量子コンピュータに注目し、投資を行っていることからも、その期待の高さが伺えます。
量子コンピュータは、今後私たちの社会や生活を大きく変える可能性を秘めた技術です。引き続き、量子コンピュータの動向に注目し、その可能性を探っていくことが重要でしょう。
米国量子コンピュータ関連銘柄
量子コンピュータは、まだ発展途上の技術であり、実用化には時間がかかると予想されます。しかし、GoogleやAmazonなどが積極的に開発・投資を行っている分野です。今後もますます注目されていくことでしょう。
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参考文献
1. 10の25乗年かかる計算を5分未満で Google、新量子チップ「Willow」発表 量子エラー訂正で「閾値以下」達成 - ITmedia NEWS, https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2412/10/news106.html
2. 米グーグルが量子チップ「ウィロー」を発表、10の25乗年かかる計算が5分で可能と - BBCニュース, https://www.bbc.com/japanese/articles/c9dpey8n9z5o
3. Googleの量子チップ「Willow」、閾値以下の量子エラー訂正 世界初 - Impress Watch, https://www.watch.impress.co.jp/docs/news/1646267.html
4. www.aist.go.jp, https://www.aist.go.jp/aist_j/magazine/20220518.html#:~:text=%E9%87%8F%E5%AD%90%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%81%AF%E3%80%81%E7%89%A9%E8%B3%AA%E3%82%92,%E7%8F%BE%E8%B1%A1%E3%81%8C%E7%99%BA%E7%8F%BE%E3%81%97%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82
5. 初心者でもわかる量子コンピュータの計算の仕組み 【第1話】数式なしで量子コンピュータの現状を理解しよう - itstaffing エンジニアスタイル - リクルートスタッフィング, https://www.r-staffing.co.jp/engineer/entry/20220210_1
6. 「量子コンピュータ」はどうやって動いているのか？ プログラミングはどのようなものか？, https://www.value-domain.com/media/quantumcomputer/
7. 初心者でもわかる量子コンピュータの計算の仕組み【第3話】量子コンピュータの基本のルールを学ぼう - itstaffing エンジニアスタイル - リクルートスタッフィング, https://www.r-staffing.co.jp/engineer/entry/20220608_1
8. Willow：Googleが導く量子チップ新時代 - 100量子ビット超えの衝撃｜掛谷知秀 - note, https://note.com/kakeyang/n/n11b0a986d2de
9. Menten AI が AWS、AI、量子コンピューティングを活用して新薬や改良薬を開発, https://aws.amazon.com/startups/learn/menten-ai-leverages-aws-ai-quantum-computing-to-create-drugs?lang=ja
10. Amazon Braket 量子コンピュータ - AWS, https://aws.amazon.com/jp/braket/quantum-computers/
11. Our Trapped Ion Technology - IonQ, https://ionq.com/technology
12. About IonQ, 12月 23, 2024にアクセス、 https://ionq.com/company
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