量子コンピューティングの進歩、創薬と材料研究の加速に期待

中国の科学者らは、量子システムにおけるまれな中間状態を観察・制御し、量子カオスを効果的に減速させることに成功した。研究者らは、78量子ビット超伝導プロセッサ「Chuang Tzu 2.0」を用いて、一時的な安定相を延長または短縮できることを実証した。

研究チームは、システムが無秩序に抵抗し、その後急速に完全な複雑さへと移行する前の短い期間であるプレ熱化プラトーを特定した。制御シーケンスを注意深く調整することで、科学者らは量子デコヒーレンスの速度を調整し、情報が広がる方法を制御することができた。Natureに掲載されたこれらの発見は、壊れやすい量子情報を保持するための潜在的な手段を提供する。コヒーレンス時間が長くなれば、量子コンピューティングと誤り訂正手法の信頼性が大幅に向上する可能性がある。

研究者らは、この研究が、古典的なスーパーコンピュータでは複雑すぎる現象をシミュレーションする際の量子プロセッサの利点を強調していると述べている。応用範囲は、創薬や先端材料研究から次世代の安全な通信まで多岐にわたる可能性がある。

科学者が複雑な化学問題に取り組むのを支援する強力な量子化学エンジンが登場した。Extreme-scale Electronic Structure System（EXESS） は、毎秒100京回以上の計算を実行して量子化学の疑問に取り組むことができる。この新技術は、創薬、材料科学、その他の分野の研究を飛躍的に加速させる可能性がある。

量子化学計算は、新しい医薬品や材料の開発において主要な役割を果たしている。例えば、研究者らは量子化学シミュレーションを使用して、薬剤が体内の分子結合部位とどのように相互作用するかを理解する。この理解は、研究者が薬剤分子を改変して結合の速度と効率を最適化するのに役立つ。

必要な計算能力は、システム内の原子数に応じて指数関数的に増加する。数千の原子を含む可能性のあるタンパク質などの大きな分子の問題を正確に解くことは、すぐに不可能になる。EXESSは他の多くの量子化学ソフトウェアパッケージより3000～4000倍高速に動作し、タンパク質のような大きな分子の計算を可能にする。その大幅な高速化を支える単一の革新技術があるわけではなく、従来のハードウェア上で動作するため、量子コンピューティングは不要である。

研究チームが計算を高速化した方法の1つは、複数の操作を同時に実行する方法を見つけることである。多くの量子化学アルゴリズムは、逐次ステップで動作するように設計されている。研究チームは、より多くのプロセスを並行して実行できるようにアルゴリズムや理論的アプローチを変更する方法を見つけた。研究チームは、問題をより小さな断片に分割し、それらの断片を同時に計算してから、それらの断片をつなぎ合わせるという分子フラグメンテーションと呼ばれる技術を実装した。これにより、多数の小さな計算を一度に実行することで、大規模な計算を高速化することができた。

原理的には約1か月かかる計算でも、EXESSを使用すると実際には約12分で完了するものがある。同社は現在、EXESSを創薬、すなわち医薬品と身体の間の相互作用の発見と最適化、または既存の医薬品がどのように機能するのか、なぜ人々がそれらに対する耐性を獲得するのかをより深く理解することに焦点を当てている。同社は承認された研究プロジェクトに対して無料アクセスを提供している。ソフトウェアの限定版は一般向けにも提供されている。

創薬、新しいバッテリー化学の開発、材料シミュレーション、不正検出は、量子コンピュータの主要なアプリケーションの一部である。量子コンピューティングは、テクノロジー戦略の中でも有力な候補として注目されており、世界中の政府によって推進され続けている。量子コンピューティング市場は、年平均成長率26.7%で成長し、2046年までに210億ドルを超えると推定されている。

より大型で強力な量子チップの継続的な開発が現在進行中である。このような遷移状態を習得することは、量子技術の潜在能力を最大限に引き出すために極めて重要となる。