2024年12月、Googleは科学技術の歴史における特異点とも呼べる重大な発表を行いました。新たに開発された105量子ビットの量子チップ「Willow」は、世界最速のスーパーコンピュータをもってしても宇宙の年齢の1000兆倍もの時間がかかるとされる計算を、わずか5分未満で完了させたのです。

しかし、Willowの真の革新性は計算速度だけではありません。量子力学を利用するコンピュータにとって最大の障壁であった「エラー率」の問題に対し、量子ビットを増やすほどエラーが指数関数的に低下するという「誤り訂正の閾値」を初めて突破しました。これにより、将来的に化学反応のシミュレーションや核融合プロセスの解析といった複雑な課題解決に向けた、実用的な大規模量子コンピュータへの道が大きく開かれました。

概要

宇宙の年齢を超える計算時間を5分に短縮

Googleが発表したWillowチップは、計算速度において既存の技術を完全に過去のものとしました。具体的なベンチマークとして、ランダム回路サンプリング（RCS）と呼ばれるタスクが用いられましたが、その結果は驚異的なものでした。

• 圧倒的な時間短縮：現在の世界最速クラスのスーパーコンピュータ「Frontier」でさえ、計算完了までに10の25乗年かかると見積もられる課題を、Willowは5分未満で処理しました。
• 検証可能な量子優位性：この結果は、従来のコンピュータでは実質的に不可能な計算を量子コンピュータが実行できるという「量子優位性」を、より強固に実証するものです。

情報源であるLive Scienceの記事によれば、この計算負荷は「宇宙の年齢の1000兆倍（a quadrillion times the age of the universe）」に相当すると表現されています。Willowが示したパフォーマンスは、人類が手にした計算能力の次元が完全に切り替わったことを示唆しています。

「誤り訂正の閾値」突破という歴史的快挙

Willowが達成した成果の中で、計算速度以上に専門家が注目しているのが「量子誤り訂正」におけるブレイクスルーです。量子コンピュータは非常に繊細で、外部環境のわずかなノイズで計算エラーを起こしやすいという課題がありました。

通常、量子ビットの数を増やしてシステムを大規模化すると、それに伴ってエラーの発生確率も高まってしまいます。しかし、Googleの研究チームはこの常識を覆しました。

• 指数関数的なエラー低減：論理量子ビットのサイズを3×3から5×5、さらに7×7へと拡大するにつれて、エラー率が約半分ずつ低下していくことが確認されました。
• 閾値の突破：量子ビットを増やすことでエラーを抑制できる分岐点、すなわち「量子誤り訂正の閾値」を初めて超えることに成功しました。

この成果は、前世代のチップである「Sycamore」と比較しても、コヒーレンス時間（量子状態を維持できる時間）の大幅な向上によって支えられています。これは、将来的に何百万もの量子ビットを持つ大規模なシステムを構築しても、エラーを制御しながら正確な計算ができることを示しています。

2030年に向けたロードマップと新技術「Quantum Echoes」

Willowの成功は、Googleが掲げる長期的なロードマップにおける重要なマイルストーンです。HPCwireの報道によると、Googleは2030年頃までにフォールトトレラント（耐故障性）な量子コンピュータを実現することを目指しています。

今回の発表では、チップの性能証明として新たなアルゴリズムも使用されました。

• Quantum Echoes：Willowは、Out-of-Time-Order Correlator (OTOC) アルゴリズム、通称「Quantum Echoes」を実行しました。これは情報の拡散やスクランブルを測定するもので、複雑な量子もつれを扱う能力を実証しています。
• 自社製造の強み：Willowチップは、Googleがカリフォルニア州サンタバーバラに保有する製造施設で作られました。設計から製造までを一貫して行う体制が、このような高度な技術革新を支えています。

この技術が進展すれば、将来的には新薬開発のための複雑な化学シミュレーションや、クリーンエネルギーの鍵となる核融合反応の制御など、従来のスーパーコンピュータでは太刀打ちできなかった分野での活用が期待されます。

まとめ

GoogleのWillowチップは、単なる性能向上版ではなく、量子コンピューティングのパラダイムシフトを告げる存在です。

• 105量子ビットでスパコンを圧倒する計算速度を実現しました。
• 量子ビットを増やすほどエラーが減るという「誤り訂正」の決定的な実証に成功しました。
• 2030年の実用的な耐故障性量子コンピュータ実現に向けた確実な一歩を踏み出しました。

このニュースは、科学技術が新たなフェーズに突入したことを意味します。今後、この技術がどのように社会実装され、私たちの生活や科学の未解決問題を解き明かしていくのか、引き続き注目が集まります。