量子コンピューティング競争: 量子テクノロジーはいつ、どのように業界に影響を与えるのでしょうか?

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サイバーセキュリティから天気予報まで、量子コンピューティング技術は、リスクは高いが見返りも大きい業界でますます応用されつつあります。

人々は今、「量子コンピューティング競争」に臨んでいます。過去10年間で、米国、中国、英国、日本、欧州委員会などの政府は量子コンピューティング技術の開発に200億ドルもの投資を行ってきた。これらの国や地域では新興企業が急成長しており、多くのベンチャーキャピタルを引き付けています。 IBM、Google、Intel、Microsoft、Alibaba、NTTなどの有名企業は、量子コンピューティングの初期開発作業を強化しています。一部の企業は、技術コミュニティが小型量子コンピューターの実験を行うためのクラウド サービスも提供し始めています。

エルゼビアが最近発表した調査レポートによると、量子コンピューティングと関連技術の研究は1994年以降着実に増加しており、48,000件以上の論文が発表されている。この調査では、2015年以降、発表される論文数が急増していることも明らかになった。こうした状況に沿って、量子超越性を主張するグーグルの量子コンピュータ「Sycamore」から、メリーランド大学とデューク大学が設立した新興企業IonQが、初の上場純粋量子コンピューティング企業になったという最近の発表まで、量子コンピューティングは近年、ニュースの見出しを独占している。

量子コンピューティング、そしてより広義の量子テクノロジーは、リスクは高いが、リターンも大きい研究分野です。それらは、サイバーセキュリティや人工知能から天気予報や医薬品開発に至るまで、さまざまな産業に革命を起こす可能性があります。量子コンピューティングと量子テクノロジーは、より広義には国家戦略的に重要な分野であり、業界セクター全体で立ち上げられる共同イニシアチブの数が増えています。しかし、量子コンピューティングの応用は実際にどこで見られるのでしょうか?そして今投資する価値はあるのでしょうか?これらの質問に対する答えは明らかであるように思われます。テクノロジーが成熟し、新しいアプリケーションが登場するにつれて、量子コンピューティングをまだ研究していない、あるいはテクノロジーの開発に注意を払っていない企業は、研究している企業に遅れをとる可能性が高い。

量子コンピューティングによって変革が期待される5つの業界

量子コンピューティング技術の影響をより強く受けると予想される産業分野は数多くありますが、短期から中期的には、次のようなデータ集約型分野に大きな影響が見られると考えられます。

• 物流の最適化問題: 市販の量子コンピュータは、リアルタイムのダイナミクスを最適化し、物流業界の業務のスピードと精度を向上させるのに役立ちます。また、自動運転車の技術を向上させ、交通渋滞を予測して防止するために使用できる可能性もあります。
• 金融モデリング: リスク管理とコンプライアンスの最適化、取引モデルの強化、ターゲティングと予測の改善を目的として、量子コンピューティング技術が研究されています。量子技術は、銀行の信用スコアリングプロセスや顧客オンボーディングの短縮と変革に貢献することで、消費者に幅広い影響を及ぼす可能性もあります。
• 医薬品開発: 新薬の開発には依然として多くの試行錯誤が必要であり、費用がかかりリスクも伴う可能性があります。量子技術は、人々が薬物とその人体への反応についてより深く理解するのを助けることで、この問題を解消できる可能性がある。また、薬剤の化学構造に関する詳細な情報を抽出し、薬剤開発プロセスをスピードアップするのにも役立ちます。
• 計算化学: 量子コンピューティングの大きな可能性により、機械が分子をうまくマッピングし、二酸化炭素排出量を削減して気候を改善したり、現在のエネルギー貯蔵の問題を解決するためのバッテリーの製造を支援したりするなど、従来は困難であった問題を解決できるようになる可能性があります。興味深いことに、量子コンピューティングに関するアイデアは、実験室で操作できる 1 つの量子システムを使用して、それほど簡単に操作できない他のシステムの動作を研究することを中心に展開されています。
• 暗号化とサイバーセキュリティ: これは量子コンピューティングが大きな影響を与える最も一般的な分野です。量子コンピューティングは、現在のインターネット暗号化技術の基礎となっている素因数分解などの計算上困難な問題を解決できるからです。しかし、量子暗号を開発することでサイバーセキュリティ業界を発展させることも可能であり、理論的には公開鍵基盤の問題を解決できる可能性がある。量子暗号や量子鍵配布技術は、特定のアプリケーションに応用されています。

量子コンピューティングはいつ広く利用されるようになるのでしょうか?

ご覧のとおり、量子コンピューティングのアプリケーションと開発の可能性は非常に大きいです。しかし、この分野はまだ初期段階にあります。量子コンピューティングの長期的な目標は大規模な量子コンピュータを構築することですが、それが依然として困難な課題であることに留意することが重要です。量子ビットは、外部干渉やノイズの影響を非常に受けやすい特殊な半導体回路、超伝導体、またはその他のシステム内の単一イオン（荷電原子）として実装されます。量子コンピュータの構築に使用される量子ビットの数が増えるほど、コンピュータはより脆弱になり、エラーが発生しやすくなります。外部からの干渉やノイズに対するこの脆弱性により、量子コンピューターが持つ可能性のある計算能力が排除される傾向があります。そのため、ノイズによるエラーを修正する方法を見つけるために多くの作業が行われてきました。そのため現在、いわゆる「ノイズの多い中間量子コンピューティング」（NISQC）段階において、テクノロジーコミュニティは中規模量子コンピューターの短期的な応用を模索しており、そのような応用はいくつかあるようです。たとえば、IBM の Quantum2020 ロードマップでは、2023 年までに 1,000 量子ビットの量子コンピューターを構築する計画について説明しています。安全な通信やセンシングなど、量子テクノロジーの他の分野では、より多くの量子ビットを使用する必要がないため、より成熟しています。

量子コンピューティング、特に超伝導技術を使用した固体量子コンピューティング、および量子ビットとして使用するために個々の原子を捕捉して操作する小型化された方法、ならびに量子コンピューティング用ソフトウェアの最近の急速な進歩は、業界が商用量子コンピューターに移行するのに役立っています。これを踏まえて、初期の量子コンピュータの一部はクラウドコンピューティング経由でアクセスできるようになり、この分野で実験を行おうとしている中小企業にとって参入障壁が低くなりました。しかし、量子技術が、現在興奮と幻滅の時期を経験している人工知能と同様の道をたどる可能性があることにも留意することが重要です。これは、現在の初期の約束のいくつかがすぐに実現されなければ、量子コンピューティングの開発に停滞が訪れる可能性があることを意味します。

量子の未来は協力にかかっている

量子コンピューティングはまだ新興技術であるため、政府は確固たる資金基盤を提供する必要があります。その結果、EU Quantum Flagship、米国の取り組み（米国エネルギー省の量子コンピューティングセンター、国家量子イニシアチブなど）、日本のムーンショット計画など、数多くの政府取り組みが生まれました。中国は量子通信でも目覚ましい成果を上げており、国家量子研究所を設立し、中国の発展における量子技術の重要な役割を強調している。戦略的技術と保護主義については、EU枠組み計画の議論の中で、量子プログラム（研究をEU加盟国内に留めるため）や宇宙技術プログラムから英国、スイス、イスラエルを除外することも言及された。しかし、量子技術と宇宙におけるこれらの国の研究実績を考えると、協力関係をオープンに保つことが賢明であるように思われます。

量子コンピューティングは現在、現実世界での使用をサポートする方向に進んでいます。したがって、アプリケーションが普及すると、テクノロジーやユースケースを深く理解していない企業が量子競争に勝つことは困難になるでしょう。最終的には、企業は探索的なプロジェクトで協力し、量子コンピューティングのハードウェアとソフトウェアの開発と応用を進め、ユースケースを模索する必要があります。また、新しいテクノロジーを開発して導入しようとする場合、直面する多くの課題に対処するために、大量のデータと専門的なスキルが必要になります。企業が協力すれば、これらの課題を解決し、コストを削減し、成功の可能性を高め、スキルを広げることがはるかに容易になります。