ニュース

グーグルが量子コンピューター向けのアルゴリズム「Quantic Echoes」を発表、量子コンピューター実用化へ前進

関口聖

2025年10月23日 00:14

　米グーグル（Google）のQuantum AIチームは、同社の量子チップ「Willow」上で動作する新アルゴリズム「Quantic Echoes（直訳すると量子エコー）」を発表した。世界で初めて「検証可能な量子優位性」を実現し、既存の最高性能の古典的スーパーコンピューターよりも最大1万3000倍、高速に動作する。

　同社では「量子コンピュータの初の実用化に向けた大きな一歩であり、5年以内に実現可能であると確信している」と説明。研究の成果がNature誌に掲載される予定。

量子コンピューターと量子アルゴリズム

　量子コンピューターは、量子力学をもとに、量子の重ね合わせの特性から並列で計算し、従来型のコンピューターよりも高速・大規模な処理を実現する。

　一見するとモバイルサービスには関わりがないように思えるかもしれないが、すでに国内の携帯電話各社では量子コンピューターの研究や開発を進めている。通信品質の改善、周波数の割当などでの活用が想定されている。

　一方、量子アルゴリズムは、量子コンピューター上で処理されるアルゴリズムのことを指す。

量子優位性と性能

　量子アルゴリズムとされる「Quantic Echoes」の特長は、「検証可能な量子優位性（Verifiable Quantum Advantage）」という点。グーグルで量子コンピューティング開発のチームをリードするハルトムート・ネベン氏（Hertmut Neven）は、史上初と説明する。

　「検証可能な量子優位性（Verifiable Quantum Advantage)」のうち、量子優位性とは、古典的なコンピューターよりも高速に処理できるという意味。グーグルが2024年に発表した「Willow」チップ上で処理する速度は、世界最高のスーパーコンピューターで古典的アルゴリズムを実行する速度と比較して、1万3000倍も速いという結果が示された。これは量子コンピューターでは数時間で済むのに対して、スーパーコンピューター上では数年間かかるという。

　そこに「検証可能」と付くのは、別の量子コンピューターで計算を繰り返して同じ結果を得る、あるいは自然界の実験をすることで、同じ結果を得られるかどうか確認できるという意味になるという。

　こうしたことから、グーグルでは、新アルゴリズム「Quantic Echoes」に対して、リチャード・ファインマンが予見したような“古典的な機械では手が届かない自然界や自然システムの予測”を可能にするものであり、初の「有用なアルゴリズム」として位置づける。

アルゴリズムの科学的メカニズム

　従来の量子アルゴリズムでは、キュービット（量子ビット、量子情報処理の基本単位）群を取り込み、量子回路で駆動し、最後に測定を行うのが一般的だという。

　一方、「Quantic Echoes」アルゴリズムでは、システムの時間発展を順方向、次いで逆方向に進め、最後に測定される信号の情報内容を増幅できる。高度に複雑な計算となり、古典的なコンピューターで処理することが難しい。

　実験の成功には、チップの精度向上だけでなく、Willowチップの速度も重要だった。量子アルゴリズムはごくわずかな時間で実行できるため、数秒で何百万もの測定を実行できる。

　研究チームは、このアルゴリズムの最適な実装を見つけるために、デバイス上で合計でほぼ1兆回の測定を実施した。

たとえば「NMRと分子の構造解明」

　「Quantic Echoes」アルゴリズムは、たとえば核磁気共鳴分光法（NMR）のデータから分子の構造を学習するために使用できるという。

　NMRは、新薬開発や材料科学といった分野において、分子やタンパク質の構造（その物質の機能に密接に関連する）を理解するための中心的な研究手法とされる。現在のNMRが測定できる最大の長さと比べ、「Quantic Echoes」を活用することで、より長い距離の測定が可能になるという。

　そこでGoogle Quantum AIは、NMRの専門家であるカリフォルニア大学バークレー校（UCバークレー）のパインズ磁気共鳴センターと提携。研究チームは、NMR装置内にある二種類の実際の分子に対して量子エコー実験を実施し、「Willow」チップを用いてNMRからの信号をシミュレーションした。

　これにより、「Quantic Echoes」アルゴリズムが、これまで知られていなかった分子構造へ迫れる「量子スコープ（quantum-scope）」として機能することを裏付けた。

　ネベン氏は、量子エコーの成果により、量子コンピューターだけが実現できる実世界への応用が5年以内に現れるという見通しを裏付けられたと強調した。