量子コンピューティングのビットコインへの脅威：進展と可能性を評価する

量子コンピュータがビットコインネットワークに現実的な脅威をもたらす可能性があるかどうかという問題は、10年以上にわたって議論されてきました。私が13年以上前に初めてビットコインに出会ったとき、これはすでに真剣な議論のテーマでした。

私がまだ基礎を理解するのに苦労していた初心者だった初期の頃から、多くの変化がありました。理論的な進歩と実用的なエンジニアリングの改善の両方が起こっています。

それ以来、今後10年程度のうちに実用的な量子コンピュータが登場する確率を大幅に変える2つの重要な進展がありました。これは、そのようなマシンが広く普及したり、資金力のある人々に容易にアクセス可能になることを自動的に意味するわけではありません。

それでも、今後数年のうちに複数の機能的なマシンが構築される現実的な可能性があります。

誤り訂正の改善

最初の大きな進歩は誤り訂正にあります。このような極小スケールで物体を操作することに伴う自然なノイズを補償するために、単一の有用な論理量子ビットを作成するには、複数の冗長な物理量子ビットが必要です。

以前は、最良の方法は表面符号でした。これは、多くの物理量子ビットを格子状に配置し、いくつかをチェック量子ビットとして使用して、重ね合わせ状態を壊さずに隣接する量子ビットのエラーを定期的に検証するものです。格子内の空いているスペースはすべてチェック量子ビットで埋める必要がありました。

このチェック量子ビットの必要性により、論理量子ビットあたり最大1,000個の物理量子ビットという追加のオーバーヘッドが発生しました。チェック量子ビットは隣接する量子ビットしか監視できないため、規模が大きくなるにつれて問題は悪化し、すべての量子ビットグループに等間隔のチェッカーが必要でした。

量子低密度パリティチェック（qLDPC）符号はこの制約を取り除きます。これにより、チェック量子ビットは、異なるチップセクションを接続するトレースを介して、または中性原子設計を使用して原子を物理的に移動させることによって、長距離にわたって他の量子ビットを監視できます。その結果、信頼性の高い論理量子ビットに必要な物理量子ビット数は10分の1に減少しました。

これは意味のある改善です。まだ完全に動作するマシンには至っていませんが、実用的な量子コンピュータを支えるエンジニアリングにおける真の効率向上を示しています。

基礎原理の証明における進展

2つ目の進展は、より深い問題に対処しています。それは、物理量子ビットを追加することで、システム全体のノイズが増加するのではなく、実際に減少するかどうかです。これは今のところ理論的なままですが、完全に機能する量子コンピュータがまだ古典的なコンピュータでは不可能なエンドツーエンドの計算を実行したことがないことを覚えておくことが重要です。

Googleは、Sycamore（および後のWillow）チップを使用して、物理量子ビットを追加する効果をテストする実験を行いました。明確に言えば、これは計算のデモンストレーションではなく、情報をメモリに保存して劣化させずに保持できることを示しただけです。

研究者たちは、17、49、101個の物理量子ビットの束から作られた論理量子ビットを使用しました。彼らは、物理量子ビットの数が増えるにつれて、論理エラー率（データが破損する頻度）が低下することを示しました。このテストは重要な閾値を超えました。独立した物理量子ビットから構築された論理量子ビットは、それに含まれるどの単一の物理量子ビットよりも長くコヒーレンスを維持しました。

繰り返しますが、これは古典的なマシンを凌駕する完全に動作する量子コンピュータへの飛躍ではありません。しかし、量子コンピューティングが依存する基本的な前提の1つを検証する上での真の進歩です。

AI

より優れたソリューションが出現している分野はこれだけではありません。人工知能は現在、これらのシステムにおいて主要な役割を果たしています。量子コンピュータからの情報の読み取りとデコードに使用されており、これはそのようなマシンを大規模に使用するための重要なボトルネックです。

AIはまた、これらのデバイスに合わせた新しい量子アルゴリズムの開発にも役立っています。AIが最近、主要な数学的予想の解決、あるいは反証に貢献したことを考えると、AIがこの分野でもブレークスルーを可能にすると想像するのは突飛なことではありません。

同じ技術は、異なるアーキテクチャで構築された物理量子回路の設計にも適用されています。量子レベルでのノイズを最小限に抑えるために物理空間内の量子ゲートの最適なレイアウトを見つけることは、レイテンシや非効率を引き起こすような空白スペースを作りすぎないようにする必要があり、非常に複雑な課題です。

この要因は、残っている根本的な問題に対する進歩を劇的に加速させる可能性があります。

今後の見通し

結局のところ、私の見解では、それは1つの質問に帰着します。物理量子ビットを追加することでノイズが減少するという前提は、実際の計算と量子情報の能動的な操作にも当てはまるのでしょうか？

その前提が成り立ち、近い将来に実験的に反証されなければ、今後10年以内に実用的な量子コンピュータが製造される現実的な可能性があると私は考えています。

この問題には膨大なリソースが投入されています。パズルの個々のピースに関しては、圧倒的とは言えないものの、大きな進歩があります。そして、何かが根本的に可能であれば、人間は一般的にそれを達成する方法を見つけます。

パニックになる時だと言っているわけではありません。しかし、可能性を軽視しないでください。

この記事は、Bitcoin Magazineの最新の 印刷版 『The Quantum Issue』に掲載されています。