私たちはテクノロジーの時代に生きていますが、これからもさらに多くのことが起こります。 近年、巨大企業は量子コンピューティングにおいて小さいながらも大きな飛躍を遂げており、私たちが知っている世界を変革する準備が整っているように見えます。 以下に挙げる潜在的な用途は、モビリティからヘルスケアまであらゆるものに影響を与えるでしょう。 1950 年代に古典的なコンピューターと関連技術の今日の応用例を個人が見ることができたのと同じように、私たちは量子コンピューターのために出現した応用例に驚かれるかもしれません。 このブログでは、量子コンピューティングとその仕組み、そして Google や IBM などの購入できる最良の株についてすべてを知ることができます。
量子コンピューティングとは何ですか？
量子コンピューティングは、コンピューター科学、物理学、数学を組み合わせて、従来のコンピューターよりも迅速に複雑な問題に取り組む学際的な分野です。 量子コンピューティングには、ハードウェアの研究とアプリケーション開発の両方が含まれます。 重ね合わせや量子干渉などの量子力学的効果を利用することで、量子コンピューターは、従来のコンピューターよりも迅速にいくつかの種類の問題を解決できます。 機械学習 (ML)、最適化、物理システムのシミュレーションは、量子コンピューターがこのような速度向上を実現できるアプリケーションの一部です。 金融におけるポートフォリオの最適化や化学システムのシミュレーションは、将来のユースケースとなる可能性があり、市場で最も強力なスーパーコンピューターでも現在達成できない問題を解決します。
量子コンピューティングはどのように機能するのでしょうか?
量子コンピューティングがどのように機能するかを尋ねられたら、何と答えるでしょうか? 徹底的に検査をしてみましょう。 量子コンピュータと従来のコンピュータの間にはいくつかの類似点があります。 たとえば、両方のタイプのコンピュータには、多くの場合、チップ、回路、論理ゲートが含まれています。 彼らの活動はアルゴリズム (基本的には逐次命令) によって導かれ、XNUMX と XNUMX のバイナリ コードを使用して情報をエンコードします。
物理的なアイテムは、両方の種類のコンピュータで XNUMX と XNUMX をエンコードするために使用されます。 これらのデバイスは、古典的なコンピューターの XNUMX つの状態のビット (XNUMX 進数) を表します。たとえば、電流がオンまたはオフ、磁石が上または下を向いています。 量子コンピューターは、根本的に異なる方法でデータを処理する量子ビット (量子ビット) を利用します。 古典的なビットは XNUMX か XNUMX しか表すことができませんが、量子ビットはその状態が測定されるまで XNUMX と XNUMX の重ね合わせになる可能性があります。
さらに、いくつかの量子ビットの状態はもつれている可能性があり、これはそれらが量子力学的に互いにリンクされていることを意味します。 重ね合わせともつれは、従来のコンピューティングでは利用できない機能を量子コンピューターに提供します。 量子ビットは、原子、イオンまたは電子として知られる荷電原子を操作することによって、またはリソグラフィーとして知られる印刷技術を使用して、超伝導量子ビット回路などのいわゆる人工原子をナノエンジニアリングすることによって作成できます。
量子コンピューティングの原理とは何ですか?
量子コンピューターは量子の原理に基づいて動作します。 重ね合わせ、もつれ、デコヒーレンスは、量子原理を完全に理解するために習得しなければならない単語のほんの一部にすぎません。 これらの原則を以下でさらに詳しく見てみましょう。
#1. 重ね合わせ
重ね合わせでは、古典物理学における波と同様に、XNUMX つ以上の量子状態を組み合わせて別の有効な量子状態を生成できることを示します。 すべての量子状態は、XNUMX つ以上の異なる固有の状態の合計として表すこともできます。 この量子ビットの重ね合わせにより、量子コンピューターに固有の並列性が与えられ、数百万の演算を同時に実行できるようになります。
#2. もつれ
量子もつれは、XNUMX つのシステムが非常に密接にリンクされている場合に発生し、その距離に関係なく、一方の知識があればもう一方の知識もすぐに得られます。 量子プロセッサは、ある粒子を測定することで、ある粒子に関する情報を推測できます。 たとえば、一方の量子ビットがスピンアップすると他方は常にスピンダウンし、その逆も同様であると決定できます。 量子もつれにより、量子コンピューターを使用すると、困難な問題をより迅速に解決できます。
量子状態を測定すると、波動関数が崩壊し、XNUMX か XNUMX のいずれかになります。 量子ビットは、この既知の条件または予測可能な条件では古典的なビットとして機能します。 量子もつれとは、量子ビットがその状態を他の量子ビットの状態と関連付けることができる能力を指します。
#3. デコヒーレンス
デコヒーレンスは、量子ビットの量子状態の損失です。 放射線などの環境の影響により、量子ビットの量子状態が崩壊する可能性があります。 量子ビットを外部場から保護する特殊な構造の開発など、状態のデコヒーレンスを遅らせようとする多数の要素を設計することは、量子コンピューターの構築におけるエンジニアリング上の重大な困難です。
量子コンピューターのコンポーネントは何ですか?
量子コンピューターには、従来のコンピューターと同様、ハードウェアとソフトウェアがあります。
#1. 量子ハードウェア
量子ハードウェアは XNUMX つのコンポーネントで構成されます。
- 量子データプレーン: 量子データ プレーンは量子コンピューターの中核であり、物理量子ビットと、それらを適切な位置に維持するために必要な構造が含まれています。
- 制御および測定プレーン: デジタル信号は、制御および測定プレーンによってアナログまたは波形制御信号に変換されます。 量子データプレーン内の量子ビットの演算は、これらのアナログ信号によって実行されます。
- 制御プロセッサ プレーンとホスト プロセッサ: 量子アルゴリズムまたは一連の操作は、制御プロセッサ プレーンによって実装されます。 ホストプロセッサは量子ソフトウェアと通信し、デジタル信号または一連の古典ビットを制御プレーンと測定プレーンに送信します。
#2. 量子ソフトウェア
量子ソフトウェアは、量子回路を使用して独自の量子アルゴリズムを実装します。 量子回路は、基礎となる量子ビットに対して実行される論理量子演算のセットを定義する計算ルーチンです。 量子アルゴリズムは、さまざまなソフトウェア開発ツールやフレームワークを使用してコーディングできます。
企業は量子コンピューティングをどのように利用するのでしょうか?
量子コンピューティングにはビジネスを変革する可能性があります。 以下にユースケースの例をいくつか示します。
#1. ML
機械学習 (ML) は、コンピューターがより適切な予測と判断を行えるようにするために、大量のデータを研究するプロセスです。 量子コンピューティングの研究は、情報処理の物理的境界を調査し、基礎物理学の新境地を開拓しています。 化学、最適化、分子モデリングなど、科学や産業の多くの分野がこの研究から恩恵を受けています。 また、市場の動きを予測するために金融サービスで使用されたり、プロセスを最適化するために製造で使用されたりすることも増えています。
＃2。 最適化
量子コンピューティングには、研究開発、サプライチェーンの最適化、製造を改善する可能性があります。 たとえば、複雑なプロセスにおける経路計画などの要素を最適化することで、量子コンピューティングを使用して製造プロセス関連のコストを削減し、サイクル時間を短縮できます。 もう XNUMX つの用途はローン ポートフォリオの量子最適化であり、これにより貸し手は現金を解放し、金利を引き下げ、サービスを向上させることができます。
＃3。 シミュレーション
システムを正確に模倣するために必要な計算量は、医薬品の化合物や材料が複雑になるにつれて指数関数的に増大します。 近似アプローチを使用したとしても、現代のスーパーコンピューターは、これらのシミュレーションに必要な精度レベルを達成することができません。 量子計算には、化学における最も困難な計算問題のいくつかを解決する可能性があり、科学者は現在困難な化学シミュレーションを実行できるようになります。 たとえば、Pasqal は、化学シミュレーションを実行するための QUBEC 計算ソフトウェアを作成しました。 QUBEC は、コンピューティング リソースの自律的なプロビジョニング、古典的な計算の前後処理、エラーの軽減など、量子コンピューティング アクティビティの実行に必要な重労働を自動化します。
量子コンピューティングの限界
量子コンピューティングは、幅広い分野にわたる開発と問題解決に大きな期待を抱いています。 ただし、現時点では制限があります。
- 量子ビット環境におけるほんのわずかな混乱によって、デコヒーレンスや減衰が生じる可能性があります。
- これにより、計算が破綻したり、間違いが発生したりすることがあります。 前述したように、量子コンピューターは計算中にあらゆる外部干渉から保護されなければなりません。
- 計算段階でのエラーの修復は完全ではありません。 その結果、計算の信頼性が低くなる可能性があります。 量子ビットはデジタル データ ビットではないため、従来のコンピューターで採用されていた従来の誤り訂正手順の恩恵を受けることができません。
- 計算結果を取得するときにデータの破損が発生する可能性があります。 測定行為を保証する特定のデータベース検索アルゴリズムのような開発により、量子状態が正しい応答保持の約束にデコヒーリングされます。
セキュリティと量子暗号はまだ初期段階にあります。 - 量子ビットが不足すると、量子コンピューターがその可能性を最大限に発揮できなくなります。 128 個以上が研究者によってまだ作成されていません。
2023 年に注目すべき量子コンピューティング株
このセクションでは、投資すべき量子コンピューティング株と、購入するのに「最適な」量子コンピューティング株について説明します。 それらは次のとおりです。
#1. Google 量子コンピューティング株
どんなに頑張っても、Google (GOOG) を Alphabet と呼ぶことはできません。 Google 量子コンピューティング株の最近の大きなニュースは、量子結晶を作成したという同社の主張だ。 私たちは最善を尽くしましたが、この偉業を適切に説明した記事を 2029 つも見つけることができませんでした。 Google は、XNUMX 年までに量子コンピューターを完成させるために数十億ドルを投資しています。この目標の達成を支援するために、同社はカリフォルニアに Google AI キャンパスを設立しました。 Googleの量子コンピューティング株が確立されれば、クラウドベースの量子コンピューティングサービスを開始する可能性がある。 したがって、このスペースに注目してください。
#2. ハネウェル・クアンタム・コンピューティング株
ハネウェル (HON) は民間企業であるケンブリッジ・クアンタム・コンピューティングと緊密に連携しており、新会社の誕生を発表したばかりです。 また、ハネウェル・クアンタム・ソリューションズ（HQS）とケンブリッジ・クアンタム（CQ）は合併して新会社（名称未定）を設立し、ハネウェルはそこに270億300万～45億ドルを投資する予定だ。 ハネウェルは新会社の最大の株主となり、CQ株主がXNUMX％以上を保有する。
#3. IBM量子コンピューティング株
IBM量子コンピューティング株（IBM）は、ロメッティ・クールエイドの飲みすぎによるひどい二日酔いからまだ回復途上だが、同社の新CEOは量子コンピューティングに注目している。 また、IBM Quantum Computing Stockは、企業と社会が量子コンピューティングの恩恵を享受できるよう支援することを目的としており、1,000年までに2023以上の量子ビット・プロセッサーを構築するという目標を設定しています。
#4. マイクロソフト量子コンピューティング株
マイクロソフト株（MSFT）は、量子コンピューティングを含むさまざまな分野に手を伸ばす、2兆ドル規模の巨大テクノロジー企業です。 Microsoft の Azure Quantum プラットフォームは、企業に量子テクノロジーへのアクセスを提供します。
＃5。 その他
JPモルガン・チェースやビザなどの金融サービス企業は、量子コンピューティングや関連技術に関心を持っている。
量子コンピュータ vs. 古典コンピュータ
従来のコンピューターと比較して、量子コンピューターはより基本的な構造を持っています。 メモリとプロセッサが不足しています。 量子コンピューターは、超伝導量子ビットの集合体にすぎません。 量子コンピューターと従来のコンピューターでは、情報の処理方法が異なります。
量子ビットは、多次元量子アルゴリズムを実行するために量子コンピューターで使用されます。 量子ビットが追加されると、その処理能力は指数関数的に増加します。 従来のプロセッサはビットを使用して複数のプログラムを実行します。 追加のビットが追加されると、その出力は直線的に増加します。 従来のコンピューターの計算能力は大幅に劣っています。 クラシック コンピューターはエラーがないため、通常の作業に最適です。 量子コンピューターは、より高度なタスクに最適です。
クラシック コンピューターは特別なメンテナンスを必要としません。 過熱を防ぐために、単純な内部ファンを使用する場合があります。 量子プロセッサは、たとえ小さな振動からも遮断され、非常に低温に保たれなければなりません。
量子コンピューティングを始めるにはどうすればよいですか?
量子コンピューティングを実験したい場合は、ローカル システム上の量子ハードウェア エミュレーターから始めることができます。 エミュレータは、従来のコンピュータ上で量子現象をシミュレートするソフトウェアです。 また、それらは予測可能であり、量子状態の観察を可能にします。 これらは、量子ハードウェアに時間を投資する前にアルゴリズムをテストするために使用できます。 ただし、真の量子の動作を再現することはできません。
量子コンピューティングは実際に何をするのでしょうか?
量子コンピューティングは、量子理論を使用して数学的問題を解決し、量子モデルを実行します。 光合成、超伝導、複雑な分子形成などの量子システムをモデル化するために使用されます。
量子コンピューターは現在存在しますか?
これらの超強力なガジェットは、量子物理学の特徴を利用した、激しく議論されている今後のテクノロジーです。 昨年433月、IBMは、2021年にのみ製造された前世代よりもXNUMX倍強力な新しいXNUMX量子ビットプロセッサであるOspreyを発表しました。
量子コンピューティングはどの程度現実的ですか?
量子コンピューティングは確かに現実ですが、解明されているのはそれだけではないかもしれません。 まだ多くの限界がありますが、量子コンピューティングを改善する新しいテクノロジーが登場するにつれて、その応用も業界全体で広がっています。
量子コンピューターはどのような問題を解決できるのでしょうか?
現在、最も強力なスーパーコンピューターで解決するには何年もかかる複雑な問題も、数秒で解決できる可能性があります。 将来の量子コンピューターは、数学と科学のこれまで想像できなかった地平を解き放ち、気候変動や食糧安全保障などの実存的懸念の解決に役立つ可能性があります。
私たちは量子コンピューティングからどのくらい離れているのでしょうか?
限定的な形ではありますが、量子コンピューティングはすでに利用可能です。 しかし、1970 年代と 1980 年代に従来のコンピュータが研究室や大企業からあらゆる規模の企業や家庭に普及したのと同じように、今後 XNUMX ～ XNUMX 年で主流になる可能性があります。
ボトムライン
量子コンピューティングは従来のコンピューティングと同じではありません。 量子ビットは 1 と 0 の両方に対応します。従来のコンピューターのビットは 1 か 0 のみです。その結果、量子コンピューティングは大幅に高速かつ強力になりました。 非常に複雑で価値のある広範囲のタスクに取り組むために活用されることが期待されています。 現時点では制限がありますが、幅広い業界の多くの有力企業で導入される予定です。
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