Gemini advancedのDeepResearchでGoogle Willowについて調べてもらった

また反論が出るかもなどと言われているが、どれほどの成果なのかよく分からなかったので聞いてみた。

質問

Did google willow really conduct a meaningful experiment in realizing a practical quantum computer?
google willowは実用的な量子コンピュータの実現に本当に意味がある実験をしたのか？

レポートの段取り

Did Google Willow really conduct a meaningful experiment in realizing a practical quantum computer? (1) Find research papers and articles discussing Google Willow's recent quantum computing experiments. (2) Find expert opinions and analysis of Google Willow's quantum computing advancements. (3) Find information on the specific metrics and criteria used to evaluate the "meaningfulness" of a quantum computing experiment. (4) Find information on the current state of quantum computing technology and its practical applications. (5) Find comparisons between Google Willow's achievements and those of other research groups in the field of quantum computing.
Google Willowは本当に実用的な量子コンピュータを実現するための有意義な実験を行ったのだろうか？ (1) Google Willowの最近の量子コンピューティング実験について論じた研究論文や記事を探す。(2)グーグルウィローの量子コンピュータの進歩に関する専門家の意見や分析を探す。(3) 量子コンピュータ実験の「意義」を評価するための具体的な指標や基準に関する情報を探す。(4) 量子コンピューティング技術の現状とその実用化に関する情報を探す。(5) Google Willowの業績と、量子コンピューティング分野における他の研究グループの業績との比較。

結果の日本語訳

Google Willow: 実用的な量子コンピューティングに向けた有意義な一歩か?

Googleが最近発表した新しい量子コンピューティングチップ「Willow」は、テクノロジー界に大きな興奮を巻き起こした。「閾値以下」のエラー訂正を実現し、スーパーコンピューターでは10兆年かかるベンチマーク計算を5分以内に完了するという。Willow は商業的に価値のある量子コンピュータへの大きな一歩として宣伝されてきた。しかし、Google Willow は本当に実用的な量子コンピュータを実現するための有意義な実験を行ったのだろうか?  

この質問に答えるには、量子コンピューティング技術の現状、量子コンピューティング実験の「意義」を評価するために使用される特定の指標と基準、Google Willow の進歩に関する専門家の意見など、いくつかの要素を考慮する必要があります。

量子コンピューティングの現状

量子コンピューティングは、医療、エネルギー、AIなど、さまざまな業界に革命を起こす可能性を秘めた、急速に進化している分野です。しかし、この技術はまだ開発の初期段階にある。現在、量子コンピューティングに必要なハードウェア技術はまだ流動的である。GoogleのWillowで使用されているような超伝導量子ビットが最も広く知られているが、トラップイオン、中性原子、フォトニクス、シリコン量子ビットなどの他のアプローチも近づいている。。  

量子コンピューティングにおける主な課題の 1 つは、量子情報の基本構成要素である量子ビットの安定性と一貫性を維持することです。量子ビットは本質的に壊れやすく、環境ノイズによるエラーの影響を受けやすいものです。システム内の量子ビットの数を増やすと、エラーのリスクも増加し、複雑な計算を実行することが難しくなります。しかし、Google の Willow チップはこの分野で進歩を示しています。Willow は、Google の以前のアーキテクチャである Sycamore の調整可能性を維持しながら、平均量子ビット寿命 (T1) を約 20 μs から 68 μs ± 13 μs に大幅に改善しています。。  

これらの課題にもかかわらず、近年大きな進歩が遂げられています。量子回路上の物理的な量子ビットの数は、2018年以降1～2年ごとに倍増しています。QuEra Computingが2024年6月に実施した最近の調査では、回答者の50％以上が量子コンピューティングの開発ペースは数年前に予想していたよりも速いと考えていることが明らかになりました。この加速した進歩は、民間部門と公共部門の両方からの投資と研究努力の増加によって推進されています。IBMやGoogleなどの企業は量子コンピューティングの研究に多額の投資を行っており、IBMは10年以内に10万量子ビットのマシンを構築することを目指しており、Googleは10年末までに100万量子ビットを目標としています。。  

Google Willow の実験の意義を評価する

量子コンピューティング実験の「意味」を評価するために、いくつかの指標と基準が使用されます。これには次のものが含まれます。

メトリック説明Google Willow のパフォーマンス量子ボリューム量子ビットの数、接続性、コヒーレンス時間などの要素を考慮して、量子プロセッサが平均的に正常に実行できる最大の正方形回路を測定します。。Google によって明示的に提供されていません。1秒あたりの回路層操作数 (CLOPS)量子コンピュータが量子演算を実行できる速度を測定する。Google によって明示的に提供されていません。量子ビットの忠実度量子ゲートの精度と量子計算の忠実度を定量化し、量子プロセッサが理想的な量子演算にどれだけ近づいているかを測定する。。Google は明示的には提供していませんが、同社は Willow によってエラーが大幅に削減されると主張しています。エラー訂正量子計算におけるエラーを修正する能力は、信頼性が高くスケーラブルな量子コンピュータを構築する上で極めて重要である。。Googleは、Willowが「閾値以下」のエラー訂正を実現していると主張している。つまり、量子ビットの数が増えるにつれてエラー率が指数関数的に減少するということだ。。スケーラビリティ量子コンピュータは、リソースの指数関数的なコストをかけずに、増大するコンピューティング需要に対応できなければならない。。Googleは、Willowのアーキテクチャにより、エラー訂正を維持しながら量子ビットの数を増やすことができると主張している。。

 

これらの指標に加えて、量子コンピューティングには、長いコヒーレンス時間、高いスケーラビリティ、高いフォールトトレランス、量子ビットの初期化能力、汎用量子ゲート、効率的な量子ビット状態測定機能、飛行量子ビットの忠実な伝送という7つの重要な要件があります。これらの要件は、効果的な量子コンピューティング システムを設計するためのガイドラインを提供します。  

さらに、量子計算の耐久性を実証するには、実験が次の基準を満たす必要があります。

• 非自明な論理回路とその物理回路の論理エラー率と物理エラー率の間に、説得力のある大きな隔たりがあることを示します。

• 少なくとも個々の回路障害をすべて修正します。

• 少なくとも2つの論理量子ビット間のエンタングルメントを生成する。  

Google Willowの場合、同社はエラー訂正において「閾値以下」のパフォーマンスを達成したと主張している。これは、量子ビットの数が増えると、エラー率が指数関数的に減少することを意味します。これは、30年近くも続いてきた量子エラー訂正の根本的な課題に対処するものであり、大きな成果です。重要なのは、この成果が超伝導量子システムにおけるリアルタイムのエラー訂正を実証していることであり、これは有用な量子計算に不可欠な要件である。。  

Googleは、ランダム回路サンプリング（RCS）ベンチマークにおけるWillowのパフォーマンスも強調している。このベンチマークは、「現在量子コンピュータで実行できる最も難しいベンチマーク」と考えられています。ウィローはこの計算を5分以内に完了したが、主要なスーパーコンピュータでは10兆年かかる。ただし、この驚異的な高速化はRCSベンチマークにのみ適用され、必ずしもWillowが従来のコンピュータよりも普遍的に高速であることを意味するわけではないことに注意することが重要です。量子コンピュータは特定のタスクで優れていると予想されていますが、他のタスクでは従来のコンピュータが優れています。。  

Google Willow に関する専門家の意見

Googleのウィローに関する主張は印象的だが、専門家はその重要性についてさまざまな見解を示している。一部の専門家はウィローの進歩を認めながらも、その重要性を過大評価することには注意を促している。例えば、サリー大学のコンピューティング専門家であるアラン・ウッドワード教授は、量子コンピューターと古典的コンピューターを比較しないよう警告している。なぜなら、量子コンピューターは異なるタスクでより優れているからだ。彼は、ウィローはまだ実験段階の装置であり、現実世界のさまざまな問題を解決できるほど強力な量子コンピュータが実現するのはまだ何年も先だと強調している。。  

他の専門家はウィローの可能性についてより楽観的だ。Google Quantum AIの創設者でありリーダーであるハルトムート・ネヴェンは、ウィローのパフォーマンスは、有用で非常に大きな量子コンピューターが構築できる兆候であると考えている。彼は、量子エラー訂正におけるウィローの画期的な進歩と、RCSベンチマークで従来のコンピュータを上回る性能を発揮する能力を強調している。ネヴェン氏はまた、ウィローはこれまでに構築されたスケーラブルな論理量子ビットの最も説得力のあるプロトタイプであると述べています。。  

量子コンピュータが暗号に及ぼす潜在的な影響を考慮することは重要である。一部の専門家は量子コンピュータが既存の暗号化方式を破るのではないかと懸念しているが、例えばビットコインの暗号を解読するには通常約1300万量子ビットが必要であり、ウィローの105量子ビットをはるかに上回っていることは注目に値する。これは、量子コンピュータが暗号技術に及ぼす脅威は現実的ではあるものの、差し迫ったものではないことを示唆している。  

Google Willow と競合他社

Google は Willow で大きな進歩を遂げていますが、その成果を量子コンピューティング分野の他の研究グループの成果と比較することは重要です。たとえば、IBM は量子コンピューティングの分野で長年活躍していますが、この技術のスケールアップには異なるアプローチを採用しています。IBM はよりモジュール化されたアプローチを好み、より小型で相互接続された量子プロセッサの構築に重点を置き、これらを組み合わせて大規模なシステムを構築しています。このアプローチは、Google のモノリシック チップ設計に比べて柔軟性と拡張性が高いと IBM は主張しています。

IBMは最近、これまでで最も先進的な量子プロセッサであるIBM Quantum Heronを発表した。このプロセッサは、より多くの量子ビットで機能するモジュラーコードを活用しており、すでに最大5,000の2量子ビットゲート操作で特定のクラスの量子回路を正確に実行することに有望な結果を示しています。。  

しかし、量子コンピュータを評価するために使われる指標が異なるため、Google Willowと競合他社を直接比較することは難しい。GoogleはWillowのRCSベンチマークでの性能とエラー訂正能力を強調しているが、IBMや他の企業は量子ボリュームを使ってその画期的な進歩を宣伝することが多い。このため、さまざまな量子コンピューティング プラットフォームの相対的な長所と短所を評価するのは困難です。  

さらに、Googleの方法論とIBMとGoogleのRCS能力のギャップについての議論が続いている。一部の専門家は、Google が使用する特定の RCS ベンチマークに疑問を呈し、それが現実世界の量子コンピューティング タスクを正確に表していない可能性があると主張しています。  

また、グーグルは以前の量子コンピュータであるSycamoreとは異なり、Willowでは量子超越性を主張していないことも注目に値する。2019年、Googleは、世界最速のスーパーコンピューターでも1万年かかる計算をSycamoreが実行し、量子超越性を達成したと主張した。Willowでは、Googleは古典的なコンピューターに対する絶対的な優位性を主張するのではなく、フォールトトレラントでエラー訂正可能な量子コンピューターに向けた進歩を示すことに重点を置いているようだ。  

結論

Google Willow は、量子コンピューティングの分野における大きな進歩を表しています。「閾値以下」のエラー訂正の達成は、より信頼性が高くスケーラブルな量子コンピュータへの道を開く大きな進歩です。この進歩は、RCS ベンチマークでの優れたパフォーマンスと相まって、量子コンピューティングの可能性を示し、このエキサイティングなテクノロジーの未来を垣間見せてくれます。

しかし、量子コンピューティングはまだ開発の初期段階にあることを忘れてはなりません。 Willow のパフォーマンスは有望ですが、実用化はまだ先です。量子コンピューティングの潜在能力を最大限に引き出し、現実世界の問題を解決できるマシンを構築するには、さらなる研究開発が必要です。

では、Google Willow は実用的な量子コンピュータを実現する上で本当に有意義な実験を行ったのでしょうか。その答えは微妙です。Willow は現実世界の問題を解決するという意味ではまだ実用的な量子コンピュータではないかもしれませんが、その方向への有意義な一歩です。エラー訂正の進歩と RCS ベンチマークでのパフォーマンスは、有用な大規模量子コンピュータの構築が可能であることを強力に証明しています。

Willow の成果がもたらす影響は大きい。量子コンピューティング技術が成熟するにつれ、さまざまな業界への影響が拡大することが予想される。量子コンピューターは、医学、材料科学、人工知能などの分野に革命をもたらし、社会全体に利益をもたらす新たな発見や革新をもたらす可能性がある。

課題は残っていますが、Google Willow は量子コンピューティングの将来について楽観的な見方を抱かせる根拠を示しています。これは、この分野で急速に進歩が遂げられていることの証であり、この技術が持つ変革の可能性を思い出させてくれます。

（太字は大曽根）

エラー訂正が進歩したことってかなり凄そうに見える。
あと、前は反論喰らったので一応煽り控えめにしているらしい。