米国国防高等研究計画局（DARPA）は、量子コンピュータが古典的なコンピュータでは解決できない問題を解決できるかどうかを評価するための調査結果を発表したが、現時点ではその結果はまちまちのようだ。
量子コンピュータは全ての分野で革命をもたらすわけではない
2021年に、DARPAは量子コンピューティングの進歩を測定するための新しい方法を開発する目的で「Quantum Benchmarkingプログラム」を立ち上げた。このプログラムでは、量子コンピュータの将来の可能性に関する主張を科学的に厳密に評価することも目指していた。
この取り組みにより、DARPAは8つの学際的なチームを結成し、200以上の可能性のあるアプリケーションを集めた。そこから、量子コンピュータが難しい計算タスクを解決する進展を測定するための20のベンチマークを選定した。
次の段階では、化学、材料科学、非線形微分方程式の3つの分野に焦点を当ててベンチマークが選ばれた。5つのチームがこれらのベンチマークを詳しく研究し、実際の世界での有用性を評価し、量子コンピュータでそれらのアプリケーションを実行するために必要なリソースと性能を推定するためのツールを作成した。
今回、この取り組みの結果として、以下の7本のプレプリント論文が作成された。
- Zapata AI: Feasibility of accelerating homogeneous catalyst discovery with fault-tolerant quantum computers
- L3Harris: Feasibility of accelerating incompressible computational fluid dynamics simulations with fault-tolerant quantum computers
- MIT Lincoln Laboratory: Prospects for NMR Spectral Prediction on Fault–Tolerant Quantum Computers
- North Carolina State University: Quantifying fault tolerant simulation of strongly correlated systems using the Fermi-Hubbard model
- University of Southern California: Applications and resource estimates for open system simulation on a quantum computer
- Los Alamos National Laboratory: Potential Applications of Quantum Computing at Los Alamos National Laboratory
- Rigetti & Co., LLC Fault-tolerant resource estimation using graph-state compilation on a modular superconducting architecture
DARPAはこれらの論文が「量子コンピュータが特定の化学、量子材料、および材料科学のアプリケーションにおいて経済的に価値のある応用に利点を提供する可能性がある」と考えている。
しかし、すべてが良いニュースというわけではない。「Feasibility of accelerating incompressible computational fluid dynamics simulations with fault-tolerant quantum computers: フォールトトレラント量子コンピュータによる非圧縮性計算流体力学シミュレーションの加速の可能性」というタイトルの論文では、量子コンピュータには多くの可能性があるものの、「今後の量子コンピュータが非圧縮CFD（計算流体力学）アプリケーションには有用性を提供する可能性は低い」と結論づけている。
別の論文「Quantifying fault tolerant simulation of strongly correlated systems using the Fermi-Hubbard model: Fermi-Hubbardモデルを用いた強相関系のフォールトトレラントシミュレーションの定量化」も同様の結論だ。この問題へのアプローチの1つは「時間発展回路」という手法を使用し、計算に3年以上かかり、400の論理キュービットを使用する必要があるとしている。これは現在の古典的なハードウェアの限界を超えている。
一方、核磁気共鳴分光法に関する論文は反対にポジティブであり、量子コンピュータが古典的な機械では解析が難しい現象をモデル化できる可能性があると示唆している。
別の論文では、Los Alamos National Laboratoryでの各テストに必要な材料費を量子コンピュータが200万ドル節約できると述べている。
また、「モジュラー超伝導アーキテクチャに基づくフォールトトレラントリソースの推定」という論文では、科学的なタスクに取り組むための量子コンピュータの構築方法を検討している。著者たちは「理論上、200万個の物理キュービットを収容でき、科学的に興味深いアプリケーションに合理的な実行時間で対応できる可能性がある」と結論づけている。
どの文書も量子コンピュータがすぐに革命を起こすという確信を示していないが、フォールトトレラントマシンが問題に取り組むと仮定している。こうしたマシンはまだ初期段階にある。
さらに、以下の3本のプレプリント論文が作成中である：
- Boeing Research and Technology: Quantum computing for corrosion-resistant materials and anti-corrosive coatings design
- HRL Laboratories, LLC: Fullerene-encapsulated Cyclic Ozone for the Next Generation of Nano-sized Propellants via Quantum Computation
- HRL Laboratories, LLC: Quantum Resources Required for Binding Affinity Calculations of Amyloid-Beta
これらの論文はまだ査読されていないため、結果が誤っている可能性もある。量子コンピュータがすべての問題を解決する日が来るかもしれないが、それはまだ先の話だ。
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