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量子設計: 未来のスーパーコンピューターの開発

量子プロセッサは、最も複雑な計算でさえ解決することを約束し、その結果、科学技術におけるより迅速な発見がもたらされます。

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クォンタムラン・フォーサイト
2023 年 2 月 3 日

洞察の要約

1970 年代以降、集積コンピュータ回路が急速に発展し、数十から数十億の電子部品に拡大しました。この進歩は、コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアの発明によって部分的に可能になりました。 CAD を使用すると、エンジニアは既存のコンピューター上でますます複雑になる電子回路を計算し、シミュレートすることができます。これらの実験は現在、量子コンピューターなどの無制限の計算能力を備えた次世代プロセッサーの設計に刺激を与えています。

量子設計の文脈

科学技術分野全体が直面している最も複雑な課題の XNUMX つは、量子コンピューターの開発です。これらのスーパーコンピューターは、驚異的な並列計算能力を備えており、暗号化、ビッグデータの最適化、材料設計、薬物分析などの重要な社会的および経済的課題を解決する際に、従来のコンピューターのパフォーマンスを指数関数的に高速化する可能性があります。

超伝導量子コンピューティングは、プロセッサに統合できるキュービット (量子ビット) の数を増やして、パフォーマンスを向上させ、データをより高速に処理することを目的としています。キュービットは、量子力学系における情報の単位です。古典的なコンピューティングでは、ビットはゼロまたは XNUMX のいずれかの値を持つことができます。対照的に、キュービットは、量子力学の性質により、XNUMX から XNUMX の間の任意の値を持つことができます。この機能により、量子デバイスは非常に用途が広く効率的になります。

2021 年 62 月、中国科学技術大学 (USTC) の研究者は、XNUMX 世紀の中国の数学者で天文学者の Zu Chongzhi にちなんで名付けられた XNUMX キュービットのプログラム可能な超伝導量子プロセッサを設計しました。このコンピューターは、システム上で XNUMX 次元のプログラム可能な量子ウォーク (アルゴリズムの開発に使用) を実行しました。

研究者によると、Zu Chongzhi は都市の交通の流れを最適化することにより、交通計画を合理化するのに役立ちます。コンピューターは、2027 年までに製薬会社のワークフローにうまく統合される可能性もあります。たとえば、量子デバイスは、利用可能なすべての薬物分子の可能性から最も有望な薬物の組み合わせを迅速に特定できます。

破壊的な影響

量子設計は、ゲームを変える可能性があるため、国や企業間の競争の焦点となっています。 2021 年 XNUMX 月、USTC の研究者は量子アルゴリズムを使用して、プラソニウムと呼ばれるより強力な量子ビットモデルを設計しました。複雑なコンピューターチップは最適化のために多くのシミュレーションを必要とするため、この発見は重要です。量子コンピューターの改善を設計することで、この分野での洞察と進歩が加速します。量子設計の進歩は、より効率的な自律型車両やロボット、および大量の計算能力を必要とするその他のシステムにつながる可能性があります。

その後、2022 年 127 月、IBM は、Eagle と呼ばれる画期的な XNUMX キュービットの量子プロセッサを設計したと発表しました。このブレークスルーを達成するために、IBM のエンジニアは、エラーと必要なコンポーネントの数を減らすために量子ビット配置設計を組み込みました。このマシンを使用すると、研究者は実験やアプリケーションの実行時に、より複雑な問題に取り組むことができます。このようなタスクの例としては、機械学習の最適化、エネルギーから創薬までの分野で使用する新しい分子や材料のモデル化があります。

量子設計の意味

量子設計のより広い意味には、次のようなものがあります。

暗号化や複雑なサイバーセキュリティ対策を無効にするために量子テクノロジーが使用されているため、情報はこれまで以上に脆弱なままになっています。ただし、同じ技術で超安全な通信技術を設計できます。
量子コンピューターを使用する人工知能 (AI) ロボットは、パフォーマンスを大幅に向上させる、より正確で複雑なトレーニングデータにアクセスします。
科学者は、量子コンピューティング技術を使用して複数の分子、タンパク質、および化学物質を同時に調べることにより、治療法の発見プロセスをスピードアップする新しいツールを手に入れています。
非効率的なルートと無駄を削減することで、サプライチェーン、フリートオペレーション、航空管制、配送を最適化する量子コンピューター。
スーパーコンピューターは多数のデータパターンを同時に分析できるため、気象学者はより深刻な気象現象を予測し、タイムリーに警告を発することができます。