「あなたに」クアンタムと一緒にいる男

量子コンピューターとは何ですか？ 難しいが実行可能な質問。 そして、それはどのように機能し、何のためですか？ ここでは、すでにより困難です。 Quantum（QuArC）プロジェクト内のマイクロソフトリサーチチームは、量子の未来を開発しています。 そして彼らはそれをします。 この記事では、開発チームのメンバーであるKrista Sworとのインタビューをご覧いただけます。 彼女はキュービットと-273°Cについて話します。 詳細はこちら！







量子コンピューティングに関して言えば、あなたは思慮深くうなずいていますが、実際には、迷うことなく、多くの人も困惑しています。 地球上で最も賢い人々の一部は、彼らもそれが何であるか理解していないことを認めています。 幸いなことに、Microsoft QuantumプロジェクトのリサーチディレクターであるDr. Krista SworやRedmondのMicrosoft ResearchのQuArCなど、他の著名な人物は、量子コンピューティングの本質を本当に理解しており、これらのテクノロジーを実現するために懸命に取り組んでいます。



今日、スワー博士は、量子アルゴリズムに対する彼の情熱と、世界で最も複雑な問題のいくつかを解決するという点での潜在的な利点について説明します。 彼女は、Microsoftのトポロジカル量子ビットまたは「キュービット」が量子コンピューティングの分野で革命的な発見であった理由を説明し、また、キュービット自体が絶対零度に近い温度の極低温真空装置内で「生きている」という事実にもかかわらず、量子世界の研究者は、「シュレディンガー猫」に基づいて作成されたコンピュータープログラムを使用して、居心地の良いオフィスで働き続けています。



だから、クリスタ。 あなたの研究は、量子アルゴリズムの研究に焦点を当てています。 量子アルゴリズムの特異性と、この特定の研究分野があなたを魅了した理由を教えてください。



私の意見では、量子アルゴリズムは、デジタルコンピューターでは処理できない問題を解決するのに非常に役立ちます。 量子、または一般的な量子コンピューティングは、驚くべき可能性を提供します。 私にとって、量子アルゴリズムは、特別なコンピューターを使用してさまざまな問題を解決する方法です。



アルゴリズムは、コンピューターによって実行されるスクリプトです。 したがって、実世界の問題を解決し、大きな影響を与えることができる量子アルゴリズムの開発は大したことであり、それが私の大きな情熱です。 私たちがどのように世界を変え、クリーンエネルギーや有機食品の生産についての考えを変えることができるかを見たいです。 私はすべての人類に影響を与えるタスクを意味します。 それらのいくつかを解決することも、少なくとも量子アルゴリズムと量子コンピューターを使用してそれらを解決するために可能な限りすべてを実行することもできます。



どの時点で量子アルゴリズムがまさにあなたが本当にやりたいことだと気づきましたか？



はい、いい質問です！ 大学では、数学を学びました。 大学での最初の年に、有名な数学者であるアンドリュー・ウィルズが率いるセミナーを開催しました。 彼はフェルマーの大定理を証明した。 このセミナーは暗号化に専念していたため、このセミナーでは、ファクタリングを使用して今日どこでも使用しているRSA暗号システムを解読できる何らかのコンピューティングモデルがあるべきだという考えを共有しました。 彼は、このコンピューティングのモデル、つまり量子コンピューティングのモデルは、この暗号システムを本当に破ることができると語った。 そのとき、コンピューティングの別のモデルがあるという考えに触発されました。



また、コンピューターサイエンスにも非常に興味があったので、このモデルが実際にどのように使用されているかを理解したかったのです。 つまり、そのような計算用アルゴリズムをどのように書くのでしょうか？ プログラミング言語とソフトウェアスタックを作成し、このアルゴリズムを実装して実際の機器で動作させる方法は？ これらの質問は、長年の研究と量子コンピューティングに携わりたいという私の願望の基礎となりました。



そのため、学生向けのかなり高いレベルの技術トレーニングを楽しみにしています。 このポッドキャストに「クォンタムズフォーダミー」という名前を付けることはできないでしょう。



はい



しかし、私は少し余談は場違いではないと思います。 それでは、量子コンピューティングとは何ですか？それらは古典的なコンピューティングとどう違うのですか？ これには2分かかります。 教えて



したがって、量子コンピューティングは量子力学の原理に基づいています。 そして、これらの原則は古典的なものと根本的に異なります。 重ね合わせ、量子エンタングルメント、干渉、ファインマン、リチャードファインマンの講義を聞いたり、アインシュタインのノートや記事を調べたりすると、これらの用語を満たしました。



たとえば、量子エンタングルメントは非常に興味深い現象であり、2つのシステムが相互依存関係にあり、異なる宇宙に存在する場合でも相互依存関係を保持します。 そのため、あるシステムで何らかの変更が発生すると、すぐに別のシステムに反映されます。 これは信じられないほどです。 または、これは重ね合わせのような現象です。 量子コンピューターを持っている場合、重ね合わせを使用して情報を保存します。 つまり、古典的なコンピューターではもちろん、古典的なコンピューターは単なるバイナリであるため、ビットは使用されません。 オンとオフを切り替えます。 スイッチのように機能します。



量子コンピューターについては、スムーズなコントローラーの仕事と比較します。 あなたの情報は量子状態で保存されます。 そして、この量子状態では、0と1が同時に共存できます。 これは、ゼロと1の線形結合です。 そして、これによりスケーリングが可能になり、量子コンピューティングによる生産性の本当に驚くべき指数関数的増加が達成されます。



レドモンドのMicrosoft Research部門の一部として、Microsoft QuArCグループ（Quantum Architecture and Computation）を率いています。 チーム、パートナーシップ、量子コンピューティングのビジョンについてお聞かせください。



はい、7年前にQuArCグループを作成しました。 私たちは、量子コンピューターから実際に得たいものについて考え始めました。 彼には大きな将来性と大きな可能性があります。 しかし、これをすべて実践する方法は？ どのようにプログラムしますか？ ハードウェアレベルでアルゴリズムを実装する方法 ここでの原則は完全に異なっていることを覚えていますか？ システムは根本的に異なります。



これを行うには、以前に作成されたことのない量子コンピューターと量子システムに加えて、以前に作成されたコンピューターとは異なる古典的なコンピューターが必要です。 そして、これらの質問に対する答えを見つけるだけでなく、これらのテクノロジーをより利用しやすくすることにも焦点を当てました。



あなたは成功しました。 最近リリースした開発キットについて教えてください。



はい 私たちはとても幸せです。 Quantum Development Kitをリリースしました。 このキットであるQuantum Development Kitは、開発者、量子技術愛好家、学生、科学者、研究者、およびこのユニークなリソースの使用方法の学習に関心のあるすべての人が量子コンピューティングにアクセスしやすくするのに役立ちます。



もちろん、このキットには、量子コンピューティング用の新しい専用プログラミング言語が含まれています。 この言語をQ＃と呼びました。 Visual StudioでQ＃を構築しました。 したがって、この新しいプログラミング言語を取得するだけでなく、Visual Studioのすべての追加の利点を使用できます-デバッグ、コードの強調表示、構文の強調表示、関数や操作にカーソルを合わせたときにポップアップするツールチップなど、これらすべての素晴らしいツール このようなアプローチにより、これらの技術ははるかに利用しやすくなり、量子コンピューティングの世界への「エントリーしきい値」を下げることを望んでいます。



このすべてを理解し、そのようなシステムのプログラミングを開始するには、量子力学または量子物理学の専門家である必要がありますか？



ご存知のように、これが必要ないことを本当に願っています。 量子力学に精通している開発者のみに焦点を合わせた場合、これは非常に小さな専門家グループになります。 そして、量子コンピューティングを幅広い視聴者に紹介し、誰もがアクセスできるようにしたいと考えています。 そのため、量子力学を知る必要はないという考え方です。



しかし、私自身はこの分野の出身で、コンピューター技術の分野の専門家です。 私は物理学者ではありません。 私は大学で量子力学を勉強しませんでした。 私は、これを使用してコンピューティングの組織へのアプローチを変更したい、コンピューター技術の分野の専門家の観点からこれにアプローチします。 より多くの人々がこの新しい領域を発見し始め、この環境でアルゴリズムとアプリケーションを開発し始めることを願っています。 しかし、量子力学を知る必要はありません。



そして、これは素晴らしいです。なぜなら、多くの人は、入力しきい値が高すぎる場合、量子コンピューティングの世界に入るという考えをすぐに放棄できるからです。そのため、この量子プログラミング言語であるQ＃は他のプログラミング言語とは異なり、機能するのですか？現在、実際の量子コンピューター上にあるのですか、それともエミュレーター上にあるのですか？



Q＃は、量子コンピューターと量子コンピューターで使用される計算モデル用に作成されています。 しかし、彼は古典的なプログラミング言語から多くを継承しました。 量子コンピューターはハイブリッドデバイスであることを覚えておくことが重要です。 コプロセッサまたはアクセラレータのように見えます。 つまり、アプリケーションとラッパーのほとんどを標準言語で記述し、次にQ＃で開発されたプログラムを呼び出します。このプログラムは、量子アクセラレーターで実行されます。



私たちはQ＃言語を開発し、まさにそのような概念に依存していました。 基本的な考え方は、量子アルゴリズムを開発し、開発を可能にするために、Q＃を使用して、重ね合わせ、絡み合い、干渉などの構成を単純化することです。 量子アルゴリズムに含まれる機能は、従来のアルゴリズムで使用されている機能とは根本的に異なります。 Q＃により、これらすべてを最前線にもたらし、開発者のタスクを簡素化します。



量子コンピューティングの主な問題の1つはキュービットの不安定性であり、この問題は、トポロジカルキュービットの概念によって解決されるべきだとあなたは考えています。 またはすでに決定しています...



はい



それでは、トポロジカルキュービットとは何ですか？また、量子コンピューティングでどのように役立つのでしょうか？



確かに、量子コンピューティングではキュービットを使用します。 量子ビットは、量子コンピューターに情報を保存する方法です。 これらは「量子ビット」です。 要するに、キュービット。 そのため、これらの量子ビットは常に環境と相互作用することを理解することが重要です。 これは、量子コンピューティングに適したプロパティではありません。 熱ノイズやその他のノイズから隔離されるように、真空状態に保つ必要があります。 そして、彼らが彼らの環境と混同し始めるとき、それは彼らが「騒々しい」になることを意味します。 環境とのこの混乱は、量子ビットの情報の損失につながります。 これは許可されません。 システムを分離する必要があります。



システムを分離するにはさまざまな方法があります。 しかし、ここでのマイクロソフトのアプローチは真にユニークであり、最大のスケーラビリティを提供します。 量子コンピューターで情報を保存および処理する方法を開発する必要があります。 同時に、より高い信頼性を提供します。 つまり、今、コンセプト開発の段階にあります。 あなたが超高層ビルを作りたいと想像してみてください。私にはレンガがあります。 そして、私たちは皆、レンガがかなりしっかりしていると思います。 しかし、あなたはレンガから超高層ビルを構築しようとしませんか？



そうだね。



これは非現実的に困難です。 つまり、このベンチャーを放棄する可能性があります。 これを行うには、スチールを使用することをお勧めします。 そのため、高層ビルの建設には鋼鉄の方が適しています。この素材を使用すると、プロジェクトをすばやくスケーリングできます。 この設計は、変更、自然災害、およびその他の外部の影響に対する耐性がはるかに高くなります。



それで、私たちの量子ビットが鋼鉄量子ビットであると想像しましょう。 そして、鉄量子ビット、トポロジー量子ビットに基づいたシステムは非常に簡単にスケーリングでき、これにより労力、追加リソース、追加コスト、追加時間を削減し、結果としてより多くの計算能力を得ることができます。より多くのキュービット。 つまり、少ない労力でより多くのことができます。 スチールのようなものであるため、より少ないキュービットを使用してより多くの計算を行うことができます。 彼らは非常に強力です。



それで、あなたはこれがキュービットの異なるタイプであると言いたいですか？



そうだね。



そして、このMicrosoft Researchのノウハウですか？



はい 90年代後半にMSRに参加したMikhail Fridmanの研究と彼のアイデアがこの量子ビットの基礎を形成し、彼は当時Microsoftチームで働いていたAlexei Kitaevとともに、いくつかの大学。 このキュービットの開発を開始したアイデアは、実際にはマイクロソフト、特にマイクロソフトリサーチで生まれました。



つまり、ここでそれらは概念面に転送されました。



はい、正確に。



量子計算システムについて話しましょう。 量子コンピューターはそれ自体では機能せず、特定のエコシステムが必要です。 量子コンピューターが私たちの限られた世界で働き始める前に、正確に何が起こる必要があるかについて聴衆に少し話してください。



私たちは量子エコシステムについて語っていますが、マイクロソフトには独自のアプローチがあります。私たちのアプローチは、包括的でスケーラブルな量子システムを構築することです。 50または100キュビットを与える量子コンピューターを構築するだけでは十分ではありません。 量子コンピューターが数千、数万、数十万などの量子ビットをスケーリングすることを望んでいます。 これにより、本当にユニークな機会が得られ、最も複雑な世界の問題の解決に役立ちます。



それで、私たちが生態系について話しているなら、それは何から成り立っているのでしょうか？ まず、量子力学の原理を使用して情報を保存および処理するためにキュービットが必要です。 このキュービットは、ミリケルビンで測定された温度でシステムに保存されます。 明確にするために、これは絶対ゼロに非常に近いです。 つまり、まず、キュービットを低温に維持し、ノイズ、環境との相互作用、絡み合いからキュービットを保護するために、システム全体を極低温設備に配置する必要があります。 さらに、量子コンピューターを動作させるには、システムまたはスタックが必要ですよね？ つまり、プログラミングツールが必要です。



それで、私たちは量子アルゴリズムを開発しています。他のリスナーがどうなっているかはわかりませんが、室温で量子アルゴリズムを作成することを好みます。 そして、絶対零度（華氏マイナス459度）で動作するこのシステムと対話する必要があります。 どういうわけか、このプログラム、この制御された情報を量子チップに転送する必要があります。 これは、システムに管理領域が必要であることを意味します。 そして、必要に応じて、古典的なプログラムの下で、量子コンピューティング、サブルーチンを実行する必要があります。 つまり、古典的なコンピューターなしではできません。 そして、このコンピューターは、摂氏マイナス270度で動作するはずです。



したがって、量子チップだけでなく、これまで開発した他の古典的なコンピューターとはまったく異なるこの古典的なコンピューターも設計および作成する必要があります。 古典的なコンピューターを実行しようとさえしなかった温度で動作するはずです。 それで、我々はそれを設計します。 量子チップ自体と、すべてのコンポーネントをバンドルするためのすべてのソフトウェアを開発しています。 次に、このシステム用のプログラムをコンパイルする必要があります。 したがって、統合された機器スタックだけでなく、統合されたソフトウェアスタックも開発しています。



つまり、学際的なタスクを解決する必要があります。



そうだね。 もちろん、私たちの量子プログラムのもう1つの重要でユニークな機能であるMicrosoftおよびMicrosoft Researchプログラムは、私たちのチームです。 さまざまな分野の専門家を素晴らしい国際チームに結集しました。 これらは物理学者だけではありません。 コンピューターの専門家も必要です。 電気工学を専門とするエンジニアが必要です。 極低温技術の専門家なしではできない。 また、開発者、ソフトウェアエンジニア...長く続けることができます。



そして、世界10か国以上の専門家を含む驚くべき「ドリームチーム」を結成しました。 私たちは一緒に、そのすべての側面を絶対に考慮して、統合量子システムに取り組んでいます。 チームには実際の専門家が含まれていました。 たとえば、マイクロソフトで量子プログラム自体を立ち上げたマイケル・フリードマンが数学の分野賞受賞者であることを知っていますか？ Cray Computingの創設者は私たちのチームで働いています。 インテルの大手アーキテクトがいます。 ハーバード大学とデルフト大学の教授からの実験物理学の分野の専門家、および計算物理学の分野でさまざまな成果をあげた科学者が私たちと協力しています。 これらの素晴らしい人々は皆、この仕事に協力し、彼ら自身でそれを燃やし、他の人を鼓舞します。



あなたを含む。



そうそう、ありがとう。



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Ps , Qubit (Quantum Daily) Telegram.