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Google Researchは、量子コンピュータの具体的な応用を創出するための5段階フレームワークを発表しました。ハードウェアの進歩は目覚ましい一方、「高性能な量子コンピュータで一体何をするのか？」という根本的な問いが残っています。今回発表されたフレームワークは、アイデアから実社会での価値創出までの道のりを明確にし、研究開発の指針となるものです。
このフレームワークは、抽象的なアルゴリズムの発見から始まり、実用的なアプリケーションとして展開されるまでの全工程を5つのステージに分類します。これにより、研究者や開発者は現在どの段階にいて、次に何をすべきかを正確に把握できます。特に、実用化に向けた最大のボトルネックがどこにあるかを浮き彫りにしています。
最初の3段階が重要です。Stage Iは新しい量子アルゴリズムの「発見」、Stage IIは古典計算機に対する優位性を示せる具体的な問題を見つける段階です。そしてStage IIIでは、その問題解決が創薬や材料科学など、実社会で本当に価値を持つかを「検証」します。多くの有望なアイデアが、このIIとIIIの段階で壁に直面しているのが現状です。
続くStage IVは、実用化に向けた計算コスト（必要な量子ビット数や計算時間）を詳細に見積もる「エンジニアリング」段階です。最後のStage Vで、初めて実用的なワークフローへの「展開」が実現します。現時点で、Stage Vに到達した量子アプリケーションはまだ存在しませんが、研究開発は着実に進んでいます。
では、現在の有望な応用分野はどの段階にあるのでしょうか。例えば、化学シミュレーションや物理シミュレーションはStage IIIからIVに、公開鍵暗号を破る素因数分解はStage IVに、そして最適化問題や機械学習はまだStage IIからIIIの初期段階にあると評価されています。分野ごとに成熟度が異なるのです。
Googleは、最大の課題はStage IIとIIIにあると指摘します。つまり、量子コンピュータが真価を発揮する「適切な問題例の発見」と、量子アルゴリズムの専門家と各応用分野の専門家との間にある「知識のギャップ」を埋めることが急務です。この壁を越えなければ、実用化は進みません。
この課題に対し、同社は2つの解決策を提唱しています。一つは、まず量子優位性が証明されたアルゴリズムを確立し、それから応用先を探す「アルゴリズム優先」のアプローチ。もう一つは、分野横断的なチームを育成し、知識のギャップを埋めることです。AIが膨大な科学文献を解析し、両者の橋渡し役を担う可能性も示唆されています。