ポッドキャスト

AlphabetのSandbox、Jack Hidaryとのポッドキャスト。

3
11月
,
2021

今日のゲストは、アルファベットのサンドボックスでAIと量子のディレクターを務めるジャック・ヒダリーさんです。ジャックと私は、量子コンピューティングのハイブリッド化、ソフトウェアにおける抽象化レイヤー、彼の量子コンピューティング本の新版などについて話しました。

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全記録は以下の通り。

ユヴァル・ボーガー(クラシーク):こんにちは、ジャック。

ジャック・ヒダリー(アルファベット):こんにちは、ユヴァル。

ユヴァル:それで、あなたは何者で、どんな仕事をしているんですか?

ジャック:『Quantum Computing and Applied Approach』の著者、ジャック・ヒダリーと申します。私は現在、アルファベットのサンドボックスでAIと量子のディレクターを務めています。Sandbox at Alphabetはアルファベットの一部門であり、量子物理学とAIの交差点における企業向けソリューションに注力しています。

ユヴァル:あなたの本について話しましょう。初版の後、すぐに第2版が出ると思います。本の中身と、なぜこんなに早く第2版が必要だったのか教えてください。

ジャック:本当に興味深いことなんですが、初版のとき、なぜ私が最初の本を書いたかというと、私は同僚たちとともに、グーグル社内でも社外でも、量子コンピューティングとそれに関連するトピックを教えていたんです。私たちは大学や高校で学生を教育していましたし、グーグル社内にも独自の大学があります。学位は取得できませんが、社内に専門的な学習コースがあります。そのとき、私たちの目的に合った教科書がないことに気づきました。もちろん、『マイクとアイク』は素晴らしい教科書で、今でも使っている。しかし、『マイクとアイク』は最終版から約18年が経過しており、『マイクとアイク』には非常に強力な理論的研究がありますが、より実践的で、より実践的なものが必要でした。また、量子コンピュータをコーディングするための複数のフレームワークや、オープンソースで簡単に利用できるフレームワークが登場していることも認識していました。

そしてますます、このような初期量子コンピュータが様々なクラウド上でオンライン化され、学生たちがそれを試したがっていることに気づきました。そこで私が考えたのは、必要なコア理論やフレームワークと、実践的で実践的なコーディング例、実際に手を動かしてこの種の初期マシンのコードを書く方法、あるいはシミュレータ上でそれを実行する方法を組み合わせた教科書を書くことができれば、学生にとっても、この業界に入りたいと思っている何千人もの人にとっても、大きなメリットになるだろうということでした。だからユヴァル、それがこの本を書き始めた理由 なんだ。初版が出版されてからこの1年6ヶ月、つまり2年の間に、この分野では多くのことが起こった。

そして素晴らしかったのは、読者から多くの素晴らしいフィードバックや意見を得られたことです。博士課程の学生、修士課程の学生、上級の学部生でさえ、物理学のコアコースを卒業すれば、3年生か4年生で量子コンピューティングに飛び込むことができます。ですから、量子コンピュータは本当に多くの大学で使われています。私はそのような大学や学生から話を聞きました。また、ユヴァル、多くの企業からも、企業が企業内研修として量子コンピューターを活用しているという話を聞きました。そして第2版が誕生したのです。

ユヴァル:Cirqだけでなく、他のフレームワークについても書かれているんですよね?QiskitやQ#、その他のフレームワークについても書かれていますか?

ジャック:ああ、本当にいい指摘だ。第1版から第2版まで、私はこの本をすべての人のための教科書にしたかったんです。そのため、物理的なプラットフォームという意味でも、主要なプラットフォームをすべて網羅しています。今日、量子コンピュータを構築する方法は大きく分けて7つありますが、この本ではどの方法がベストなのかは問いません。本書は、どの方法がベストなのかは問いません。本書は、基礎となる技術だけを指摘し、読者には、フォトニック量子コンピュータ、超伝導量子ビット、トラップドイオンなど、さまざまな量子コンピュータの作り方について、さらに深く調査する方法や引用文献をたくさん紹介しています。

この本では、QiskitやマイクロソフトのSDK、CirqやRigettiなど、人々が出会うであろう主要なフレームワークをすべてカバーしています。このサイトには、この本に掲載されているコードだけでなく、他の例も掲載されています。このサイトには、さらに多くのコードがあり、本に掲載されているすべてのコードだけでなく、他の例題も掲載されています。

ユヴァル:現在の量子コンピュータについて考えてみると、量子ビットの数は限られていて、機能も限られています。しかし、例えば2年後、あなたの本の第3版が出版される頃には、数百量子ビットや千量子ビットに近いものが登場しているかもしれません。現在のソフトウェアのフレームワークで、本当に1000量子ビットのマシンのコードを書くことができると思いますか?

ジャック:ソフトウェアのフレームワークは非常に柔軟で、量子コンピュータのスケーリングを予期していると思います。必要なのは、古典コンピューティングで見られるような抽象化だと思います。50年代から60年代にかけての古典的なコンピューティングを振り返ってみると、当時はどのハードウェア実装のために書いているのか、本当に把握していなければならない時代でした。そして、コードを書けば、さまざまなハードウェア、実装、チップで実行できるようになった。古典的な世界では、PythonやJavaのコードを書けば、さまざまなチップセットで動作させることができましたが、量子の世界では、どのハードウェア実装のためにコードを書いているのか、どのチップセットで動作するのかを、ある程度認識する必要があります。

私たちが意識しなければならない特異性はまだある。今後5年、10年の間に、古典的な世界と同じように抽象化に向かって大きく前進し、個人が書くハードウェアやその上で動作するハードウェアについて、あまり知らなくてもよくなり、知らなくてもすむようになると思います。古典的な世界では、ほとんどのコーダーは、AMDとIntel、Nvidiaタイプのチップの内部についてあまり知りません。Classiqもその1つで、開発者の目標達成を支援するために前進している企業がたくさんあると思います。彼らの目標は、使命を達成する優れた量子回路を書くことであり、必ずしもハードウェアの根本的な詳細をすべて知っている必要はありません。

第2版では、第1版にはなかった新しいセクションをいくつか追加しました。第2版では、ソフトウェアフレームワークを全面的に拡張し、より詳細でより多くの例を示しました。また、量子エラー訂正に関する新しいセクションも設けました。しかし、今後5年から10年の間に、完全耐性を持つエラー訂正型コンピューティングに向けた大きな進歩が見られると思います。

このセクションは、初版ではあまり詳しく説明されていなかったもので、今回の改訂版では新しいセクションとなっている。また、量子機械学習の更新にも多くの時間を割いています。今回はTensorFlow Quantumの例を挙げましたが、ウェブサイトにはPennyLaneや他のフレームワークの例もあります。量子コンピューターがより発展するにつれて、量子機械学習はよりエキサイティングになると思います。CPU、GPU、またはTPU、そしてQPUがあり、このようなハイブリッド化された環境を持つことは、コンピューティングにとって本当に強力なパラダイムであり、今後5年から10年の間に、開発者や企業にとって素晴らしいリソースになると思います。

ユヴァル:クラウド上の量子コンピューティングについてもう少し掘り下げてみましょう。ひとつは、「私はクラウド・プロバイダーで、ここに量子コンピュータがあります。しかしもう一つのアプローチは、マップAPIやアレクサ音声認識APIがあるように、「APIがあります」と言うことだ。量子APIを使った「サービスとしての最適化」で、基礎となるハードウェアが何であるかは気にせず、量子コンピュータ上で最適化を行うということはあり得るのでしょうか?容量側とAPI側、どちらの方向性を考えていますか?

ジャック:つまり、ユヴァル、私はもっと抽象化されたコードを望んでいるんだ。私がスマートコードと呼んでいるものは、コードベースのさまざまな部分を自動的に認識し、コードベースの特定の部分がどの種類のプロセッサ上で実行されるべきかを認識するコードのことです。例えば、ショーのアルゴリズムを実行する場合、その多くは古典的なコンピュータで実行されます。しかし、コード自体が、CPU、GPU、QPUなど、どの種類のプロセッサで実行するのが最適かを認識できるようになるといいですね。

どのタイプの量子コンピューターで動作させたいかという点でも、どのタイプの古典的なプロセッサーで動作させたいかという点でも同様です。いわば量子コンピュータのクラウド化は、非常に健全なことだと思います。量子コンピュータはクラウドネイティブであり、クラウド上で誕生するという事実は、このコンピューティングの大きなトレンドにとって非常に大きな利点です。過去60年、70年のコンピューティングのサイクルは、明らかにクラウド上で始まったものではありませんでした。そのため、人々は大型マシンを購入し、大型マシンを設置し、大型マシンの「ケア&フィーディング」を行わなければなりませんでした。そしてもちろん、納品された瞬間にそれは時代遅れになってしまった。

クラウド上では、さまざまなクラウド・プロバイダーがこの技術を容易に採用するのを目の当たりにして、私は本当に興奮している。クラウドを利用することで、ユーザーは刻一刻と、より優れたテクノロジーにアクセスすることができる。クラウドは自社のテクノロジーをホスティングしているが、今では多くのクラウド・プロバイダーが他社のテクノロジーをホスティングしているという事実を目の当たりにしている。

これは、2〜3年前には見られなかったエキサイティングなレベルのエコシステムだと思います。もちろん、その時点では、IBMが自社の量子コンピューターをホストしていたのは一例ですが、今ではクラウドプロバイダーが複数のプロバイダーの量子コンピューターをホストしています。私は、量子コンピュータがクラウドネイティブであることが、近い将来、量子コンピュータが採用される大きな要素になると信じています。

ユヴァル:本の内容を説明するときに、動機のひとつは人を育てることだとおっしゃっていましたね。量子に精通し、量子回路を作れる人材が不足しているのは明らかです。突然、そのような人材を募集する企業が増えました。抽象化はその解決策にもなると思いますか?というのも、おそらくコードがより抽象化されれば、量子物理学を理解する必要はなく、JavaScriptを書くときにアセンブリ言語を理解する必要がないのと同じように、どのゲートが何なのかを理解する必要もなくなるからです。

ジャック:ああ、よかった。もう一度、50年代に話を戻します。当時はアセンブリやマシンコードの知識が必要だった。でも、そうだね。量子エンジニアや量子研究者の需要と供給のバランスが崩れている。素晴らしい企業がVCや他の企業から資金を得て、雇用しているのですから。資本は問題ではありません。信頼できるチーム、素晴らしいロードマップを持つ企業が資金を調達している。機関投資家、VC、政府のすべてが、こうした新興の量子企業に投資しているのを見るのは素晴らしいことだ。第1版からこの2年間で、このような強いトレンドが見られるようになりました。創業者たちと話していると、量子力学企業の創業者の多くが私に電話をかけてきます。どこから人材を集めればいいのか?

私自身は、できるだけ多くの大学が量子情報科学や量子情報科学(QIS)のプログラムを充実させるよう支援してきました。CSについて考えてみると、すでに5年から10年、大手ハイテク企業やスタートアップ企業でコーディングをしているようなコーダーが、量子革命に参加し始める可能性があります。そして、これからも強力な教育ツールが必要だと思います。このハイウェイへのオンランプが本当に必要だからだ。

ほとんどの人にとって、量子コンピューティングの世界に入るのはとても敷居が高い。経験豊富な古典的なコーダーでさえ、いきなり量子コンピューターに取り組むのは少し気が引ける。Pythonのコード自体はとても簡単です。コードというより、フレームワークです。必要なのは、何をするのか?量子ビットとは何なのか?ところで、人々は好奇心が旺盛で、量子ビットの物理的な形を正確に知る必要はますますなくなってきているにもかかわらず、彼らは知りたがっている。でも、量子ビットって何?しかし、量子ビットとは何なのか?

人々は好奇心旺盛です。だから、量子コンピュータの内部構造をすべて知る必要はない。ですから、ある程度の知識は役に立つと思いますが、もっともっと、この分野に参加させるために訓練する対象という点で、私たちはより広い視野に向かって進む必要があると思います。彼らをこの革命に参加させることができればと思います。

また、多様性という観点から、物理学が多様性の欠如という点で非常に大きな課題を抱えていることも知っています。私たちがこの業界を築き、このエコシステムを構築していく上で、このことを念頭に置いておくことは非常に重要だと思います。このエコシステムを構築していく中で、この分野に多様な幹部を送り込むことができるようになればと願っています。

ユヴァル:あなたは多くの企業、おそらく多くの業界と接触している。量子力学が最初に実用化されるのはどこだと思いますか?どのような業界で、どのようなアプリケーションで、概念実証の域を超えて、最初に生産が開始されると思いますか?

ジャック:いい質問だね。量子コンピューティングの話をしましょうか。でも、ユヴァル、他の量子テクノロジーにも目を向けてはどうでしょう。最近、人々が量子について考えたり、オンラインやウェブサイト、新聞で読んだりするとき、量子コンピューティングが注目されることが多いのですが、量子コンピュータの構築や使用だけでなく、量子技術には他にも多くの部分があることが分かっています。しかし、量子コンピューティングを始めとする量子テクノロジーには、いくつかの初期応用があると思います。もちろん、量子コンピューターは非常に初期の段階です。このポッドキャストのリスナーの多くはご存知かもしれませんが、物理量子ビットと論理量子ビットの両方で話をし、典型的なエラー訂正スキームでは1つの論理量子ビットを表現するのに、おそらく1000個の物理量子ビットを使います。つまり、1台のマシンで1000個の物理量子ビットに達していないということは、1個の論理量子ビットに達していないということなのです。

エラー訂正量子コンピューティングを実現するために、各社がさまざまな方法を試みているという点で、多様な考え方があることにとても勇気づけられます。しかし、現在のNISQ時代、つまりジョン・プレスキルの造語であるノイジーな中間スケール量子時代を超えると、次のレベルのコンピューティングが始まると思います。それは、量子ビットの数だけでなく、その量子ビットの質、忠実度、論理的な量子ビットに到達する能力も重要だということです。

そうなれば、面白いことがたくさんできると思います。もちろん、量子化学が思い浮かびますが、量子化学には多くの応用があり、私たちは皆、スケーリングされた量子コンピューターで実行したいと思うでしょう。今現在、分子から医薬品、化合物からクリニックまでの期間は、米国ではまだ約13年で、分子から実際にFDAの認可を受けた医薬品になるまでに約10億5千万ドルから20億ドルかかる。もし将来の量子コンピュータをよりスケールアップさせることで、この時間を短縮し、現在ベンチで行わなければならない作業をイン・シリコで行うことができれば、それは世界に多大な影響を与えるだろう。同じことが化学産業、ダウズ、デュポン、BASFなどにも当てはまり、これらの企業には多大なチャンスがある。

ユヴァル、化学業界では今、より環境に優しい化学を目指すという大きな流れがある。より環境に優しいというのは、毒性が低いということで、多くの企業が新しい種類のインプットを試しています。プラスチックに石油を投入する代わりに、プラスチックにバイオ燃料を投入すれば、ある程度の期間が経てば生分解し、現在、世界中の海や水路で起きているような災難を避けることができます。私が知っている限り、すべての自動車会社が今後15年、20年の間に完全または部分的な電動化を実現するという明確なロードマップを公表している。つまり、自動車に搭載されるバッテリーの数が増えるわけですが、現在のバッテリー化学は、このようなスケールアップにはあまり適していません。

ですから、私たちが考えることのできる垂直分野での応用はたくさんあります。分子化学以外の分野でも、さまざまな応用が考えられます。金融やリスク分析のための最適化ツールについても考えることができる。量子コンピューターが金融サービスにどのような影響を与えるかについて、現時点では理論的な側面から多くのエキサイティングな研究が行われていると思います。量子コンピュータのスケーリングに膨大なリソースが投入されていることから、エラー訂正された量子ビットがまもなく登場するのではないかと楽観視しています。というわけで、量子コンピュータについて私が言いたいことは以上です。ユヴァル、量子コンピューティング以外の量子技術の分野に目を向けてみましょう。

量子センシングについて考えてみよう。量子センシングはある意味、量子コンピューターの裏返しだ。量子コンピュータの量子ビットを増やすのはなぜ難しいのか?20量子ビットを増やすたびに「タッチダウン・ゾーン・パーティー」が開かれるのはなぜか?その理由は、量子ビットが非常に壊れやすいからでしょう?磁場や他の種類の外部刺激を受けると、量子ビットは簡単に崩壊してしまう。しかし、それこそが量子センサーが本当にエキサイティングな理由であり、量子センサーは新しいものではない。量子センサーは新しいものではなく、学術的には何十年も前から存在している。実際、イカは何十年も前に開発された量子センサーですが、イカにはいくつかの問題がありました。超伝導であるため極低温でなければならず、極低温であるがゆえにフォームファクターの種類や実装のアイデアが制限されるのは明らかだ。しかし、ここ20年で新しいタイプの量子センサーが登場し、室温または室温に近い温度で使用できるようになった。

量子センシングの時代が到来し、私たちにとって非常にエキサイティングな時代になると思います。ある意味、量子コンピューティングとは対照的に、量子センサーの実現にはほんの一握りの量子ビットがあればいいのですから。クリティカルマス(臨界量)はそれほど必要ない。ですから、この分野は非常にエキサイティングだと思います。

量子コンピューターが普及し始め、サイバーセキュリティのアーキテクチャーが現在の実装やプロトコルを見直さなければならない段階になると、サイバーセキュリティの分野でも多くのエキサイティングな仕事が行われるようになると思います。この分野ではすでに多くのイノベーションが起こっており、今後も起こり続けるでしょう。繰り返しになりますが、量子コンピュータの話に戻って、私が皆さんに見ていただきたいのは、ハイブリッド化されたパラダイムと未来の視点です。より多くの人々が量子革命に参加し、量子コンピュータを古典的なコンピューティング、GPUやTPUの応用分野での飛躍的な拡大、そしてこれらすべてを組み合わせたハイブリッド化されたソリューションの必要性を認識するようになることを願っています。

ユヴァル:では、最後の質問になりますが、魔法の杖をあなたに差し上げましょう。私たちに何に注力させたいですか?

ジャック:さて、ハードウェアの面で私が注目したいのは、いくつかのことだ。まず、教育の部分についてですが、どの会社にも、どの会社にもチャンスがあり、取り組む責任があると言えるかもしれませんが、教育の部分があります。たとえ1,000万ドルから2,000万ドルの資金を調達したばかりの小さな会社であっても、多くのリソースを持っているわけではない。量子力学関連企業、あるいはクラッシック関連企業に勤めているリスナーの皆さん、私たち全員が参加できることです。この本のGitHubサイトや私のEメール、あるいはこのポッドキャストやユヴァルを通じて、私に連絡を取ってください。

そして、どうすれば教育面を拡大できるか、他の人たちと提携を続けたい。大学の伝統的なプログラムだけでは不十分だと思う。企業が社内で企業トレーニングを行うだけでなく、周囲の人たちにもトレーニングを提供し、みんながそれを倍増させることが本当に必要なのです。だから私は、技術的な問題の前にまず、伝統的な企業も量子力学的な企業も参加してほしいと思っている。私たち全員が参加し、協力することで、多くの協力の余地が生まれます。

クラウド企業はすでに素晴らしいスタートを切っていて、より多くのツールを提供し、ウェブサイト上で説明を提供し、マシンで遊べるサンドボックスのような領域をウェブサイト上で提供している。これは本当にいいことだと思う。学位プログラムに在籍している伝統的な学生だけでなく、非伝統的な学生をもっと認識するべきだと思います。35歳かもしれないし、40歳かもしれない。彼らは今、この新しい分野の学生であり、量子コンピューティング企業やクラウド企業のために、低料金から無料でこれらの技術を試してもらうこともできる。

第三に、抽象化である。抽象化、つまりハイブリッド化された抽象化を推進し続けることで、古典的なプロセスだけでなく、量子的なプロセスに対してもコードを抽象化できるようにしよう。

また、分散型量子コンピューティング(DQC)もいつか実現することを願っている。これは将来にとってエキサイティングなことだと思います。DQCが大規模に実現するまでにはまだ数年かかると思いますが、古典的な世界では分散コンピューティングの価値がわかっていますし、DQCの未来は、量子コヒーレントネットワークを介して、さまざまな量子デバイスを結びつけることができるエキサイティングなものだと強く信じています。あるものはコンピューティングデバイスかもしれないし、あるものはセンサーかもしれない。しかし、量子コヒーレントネットワークは、世界中の異なる量子デバイスを結びつけるものなのだ。

もちろん、現在検討されているいくつかのアーキテクチャを拡張するためには、量子コヒーレントリンクが必要です。私たちが知っている量子コンピューティング企業の多くは、今まさに自社のラボで量子コヒーレントリンクを使って、量子ビットのブロックをリンクさせ、自社のアーキテクチャを拡張したいと考えています。産業界として、量子コヒーレント・ネットワークが実現する未来に取り組みたいですね。カリフォルニア工科大学(CalTech)やマサチューセッツ工科大学(MIT)、ヨーロッパの多くの大学が、量子コヒーレント・ネットワークの分野で素晴らしい研究を行っています。これらの大学には、各国政府から資金提供を受けている初期の取り組みがいくつかありますが、いずれDQCは、私たちのコンピューティングの未来において、偉大で素晴らしい一部になると思います。

ユヴァル:素晴らしい。1年半は大変そうですが、ベストを尽くします。ではジャック、あなたと連絡を取り、あなたの仕事についてもっと知るにはどうするのが一番いいでしょうか?

GitHubと僕の苗字のHidaryとquantumを入力すれば、GitHubのリンクが表示されるよ。そして僕のウェブサイトへようこそ。jack@hidary.com。この本の問題集もあります。ウェブサイトでは解答を提供していません。しかし、私たちと連絡を取っている教員は、解答マニュアルを入手することができます。ユヴァルは、「私は会社で非公式なコースを教えている。もちろん、私たちはそうしています。ですから、正式な大学に所属していなくてもできるのです。そして、非伝統的な学習、社会人のための継続的な学習が、この教科書の使い方の大きな部分を占めるようになることを願っています。

ユヴァル:ジャック、今日はありがとう。

ジャック:ありがとう、ユヴァル。ご一緒できてうれしいです。


今日のゲストは、アルファベットのサンドボックスでAIと量子のディレクターを務めるジャック・ヒダリーさんです。ジャックと私は、量子コンピューティングのハイブリッド化、ソフトウェアにおける抽象化レイヤー、彼の量子コンピューティング本の新版などについて話しました。

その他のポッドキャストはこちらから

全記録は以下の通り。

ユヴァル・ボーガー(クラシーク):こんにちは、ジャック。

ジャック・ヒダリー(アルファベット):こんにちは、ユヴァル。

ユヴァル:それで、あなたは何者で、どんな仕事をしているんですか?

ジャック:『Quantum Computing and Applied Approach』の著者、ジャック・ヒダリーと申します。私は現在、アルファベットのサンドボックスでAIと量子のディレクターを務めています。Sandbox at Alphabetはアルファベットの一部門であり、量子物理学とAIの交差点における企業向けソリューションに注力しています。

ユヴァル:あなたの本について話しましょう。初版の後、すぐに第2版が出ると思います。本の中身と、なぜこんなに早く第2版が必要だったのか教えてください。

ジャック:本当に興味深いことなんですが、初版のとき、なぜ私が最初の本を書いたかというと、私は同僚たちとともに、グーグル社内でも社外でも、量子コンピューティングとそれに関連するトピックを教えていたんです。私たちは大学や高校で学生を教育していましたし、グーグル社内にも独自の大学があります。学位は取得できませんが、社内に専門的な学習コースがあります。そのとき、私たちの目的に合った教科書がないことに気づきました。もちろん、『マイクとアイク』は素晴らしい教科書で、今でも使っている。しかし、『マイクとアイク』は最終版から約18年が経過しており、『マイクとアイク』には非常に強力な理論的研究がありますが、より実践的で、より実践的なものが必要でした。また、量子コンピュータをコーディングするための複数のフレームワークや、オープンソースで簡単に利用できるフレームワークが登場していることも認識していました。

そしてますます、このような初期量子コンピュータが様々なクラウド上でオンライン化され、学生たちがそれを試したがっていることに気づきました。そこで私が考えたのは、必要なコア理論やフレームワークと、実践的で実践的なコーディング例、実際に手を動かしてこの種の初期マシンのコードを書く方法、あるいはシミュレータ上でそれを実行する方法を組み合わせた教科書を書くことができれば、学生にとっても、この業界に入りたいと思っている何千人もの人にとっても、大きなメリットになるだろうということでした。だからユヴァル、それがこの本を書き始めた理由 なんだ。初版が出版されてからこの1年6ヶ月、つまり2年の間に、この分野では多くのことが起こった。

そして素晴らしかったのは、読者から多くの素晴らしいフィードバックや意見を得られたことです。博士課程の学生、修士課程の学生、上級の学部生でさえ、物理学のコアコースを卒業すれば、3年生か4年生で量子コンピューティングに飛び込むことができます。ですから、量子コンピュータは本当に多くの大学で使われています。私はそのような大学や学生から話を聞きました。また、ユヴァル、多くの企業からも、企業が企業内研修として量子コンピューターを活用しているという話を聞きました。そして第2版が誕生したのです。

ユヴァル:Cirqだけでなく、他のフレームワークについても書かれているんですよね?QiskitやQ#、その他のフレームワークについても書かれていますか?

ジャック:ああ、本当にいい指摘だ。第1版から第2版まで、私はこの本をすべての人のための教科書にしたかったんです。そのため、物理的なプラットフォームという意味でも、主要なプラットフォームをすべて網羅しています。今日、量子コンピュータを構築する方法は大きく分けて7つありますが、この本ではどの方法がベストなのかは問いません。本書は、どの方法がベストなのかは問いません。本書は、基礎となる技術だけを指摘し、読者には、フォトニック量子コンピュータ、超伝導量子ビット、トラップドイオンなど、さまざまな量子コンピュータの作り方について、さらに深く調査する方法や引用文献をたくさん紹介しています。

この本では、QiskitやマイクロソフトのSDK、CirqやRigettiなど、人々が出会うであろう主要なフレームワークをすべてカバーしています。このサイトには、この本に掲載されているコードだけでなく、他の例も掲載されています。このサイトには、さらに多くのコードがあり、本に掲載されているすべてのコードだけでなく、他の例題も掲載されています。

ユヴァル:現在の量子コンピュータについて考えてみると、量子ビットの数は限られていて、機能も限られています。しかし、例えば2年後、あなたの本の第3版が出版される頃には、数百量子ビットや千量子ビットに近いものが登場しているかもしれません。現在のソフトウェアのフレームワークで、本当に1000量子ビットのマシンのコードを書くことができると思いますか?

ジャック:ソフトウェアのフレームワークは非常に柔軟で、量子コンピュータのスケーリングを予期していると思います。必要なのは、古典コンピューティングで見られるような抽象化だと思います。50年代から60年代にかけての古典的なコンピューティングを振り返ってみると、当時はどのハードウェア実装のために書いているのか、本当に把握していなければならない時代でした。そして、コードを書けば、さまざまなハードウェア、実装、チップで実行できるようになった。古典的な世界では、PythonやJavaのコードを書けば、さまざまなチップセットで動作させることができましたが、量子の世界では、どのハードウェア実装のためにコードを書いているのか、どのチップセットで動作するのかを、ある程度認識する必要があります。

私たちが意識しなければならない特異性はまだある。今後5年、10年の間に、古典的な世界と同じように抽象化に向かって大きく前進し、個人が書くハードウェアやその上で動作するハードウェアについて、あまり知らなくてもよくなり、知らなくてもすむようになると思います。古典的な世界では、ほとんどのコーダーは、AMDとIntel、Nvidiaタイプのチップの内部についてあまり知りません。Classiqもその1つで、開発者の目標達成を支援するために前進している企業がたくさんあると思います。彼らの目標は、使命を達成する優れた量子回路を書くことであり、必ずしもハードウェアの根本的な詳細をすべて知っている必要はありません。

第2版では、第1版にはなかった新しいセクションをいくつか追加しました。第2版では、ソフトウェアフレームワークを全面的に拡張し、より詳細でより多くの例を示しました。また、量子エラー訂正に関する新しいセクションも設けました。しかし、今後5年から10年の間に、完全耐性を持つエラー訂正型コンピューティングに向けた大きな進歩が見られると思います。

このセクションは、初版ではあまり詳しく説明されていなかったもので、今回の改訂版では新しいセクションとなっている。また、量子機械学習の更新にも多くの時間を割いています。今回はTensorFlow Quantumの例を挙げましたが、ウェブサイトにはPennyLaneや他のフレームワークの例もあります。量子コンピューターがより発展するにつれて、量子機械学習はよりエキサイティングになると思います。CPU、GPU、またはTPU、そしてQPUがあり、このようなハイブリッド化された環境を持つことは、コンピューティングにとって本当に強力なパラダイムであり、今後5年から10年の間に、開発者や企業にとって素晴らしいリソースになると思います。

ユヴァル:クラウド上の量子コンピューティングについてもう少し掘り下げてみましょう。ひとつは、「私はクラウド・プロバイダーで、ここに量子コンピュータがあります。しかしもう一つのアプローチは、マップAPIやアレクサ音声認識APIがあるように、「APIがあります」と言うことだ。量子APIを使った「サービスとしての最適化」で、基礎となるハードウェアが何であるかは気にせず、量子コンピュータ上で最適化を行うということはあり得るのでしょうか?容量側とAPI側、どちらの方向性を考えていますか?

ジャック:つまり、ユヴァル、私はもっと抽象化されたコードを望んでいるんだ。私がスマートコードと呼んでいるものは、コードベースのさまざまな部分を自動的に認識し、コードベースの特定の部分がどの種類のプロセッサ上で実行されるべきかを認識するコードのことです。例えば、ショーのアルゴリズムを実行する場合、その多くは古典的なコンピュータで実行されます。しかし、コード自体が、CPU、GPU、QPUなど、どの種類のプロセッサで実行するのが最適かを認識できるようになるといいですね。

どのタイプの量子コンピューターで動作させたいかという点でも、どのタイプの古典的なプロセッサーで動作させたいかという点でも同様です。いわば量子コンピュータのクラウド化は、非常に健全なことだと思います。量子コンピュータはクラウドネイティブであり、クラウド上で誕生するという事実は、このコンピューティングの大きなトレンドにとって非常に大きな利点です。過去60年、70年のコンピューティングのサイクルは、明らかにクラウド上で始まったものではありませんでした。そのため、人々は大型マシンを購入し、大型マシンを設置し、大型マシンの「ケア&フィーディング」を行わなければなりませんでした。そしてもちろん、納品された瞬間にそれは時代遅れになってしまった。

クラウド上では、さまざまなクラウド・プロバイダーがこの技術を容易に採用するのを目の当たりにして、私は本当に興奮している。クラウドを利用することで、ユーザーは刻一刻と、より優れたテクノロジーにアクセスすることができる。クラウドは自社のテクノロジーをホスティングしているが、今では多くのクラウド・プロバイダーが他社のテクノロジーをホスティングしているという事実を目の当たりにしている。

これは、2〜3年前には見られなかったエキサイティングなレベルのエコシステムだと思います。もちろん、その時点では、IBMが自社の量子コンピューターをホストしていたのは一例ですが、今ではクラウドプロバイダーが複数のプロバイダーの量子コンピューターをホストしています。私は、量子コンピュータがクラウドネイティブであることが、近い将来、量子コンピュータが採用される大きな要素になると信じています。

ユヴァル:本の内容を説明するときに、動機のひとつは人を育てることだとおっしゃっていましたね。量子に精通し、量子回路を作れる人材が不足しているのは明らかです。突然、そのような人材を募集する企業が増えました。抽象化はその解決策にもなると思いますか?というのも、おそらくコードがより抽象化されれば、量子物理学を理解する必要はなく、JavaScriptを書くときにアセンブリ言語を理解する必要がないのと同じように、どのゲートが何なのかを理解する必要もなくなるからです。

ジャック:ああ、よかった。もう一度、50年代に話を戻します。当時はアセンブリやマシンコードの知識が必要だった。でも、そうだね。量子エンジニアや量子研究者の需要と供給のバランスが崩れている。素晴らしい企業がVCや他の企業から資金を得て、雇用しているのですから。資本は問題ではありません。信頼できるチーム、素晴らしいロードマップを持つ企業が資金を調達している。機関投資家、VC、政府のすべてが、こうした新興の量子企業に投資しているのを見るのは素晴らしいことだ。第1版からこの2年間で、このような強いトレンドが見られるようになりました。創業者たちと話していると、量子力学企業の創業者の多くが私に電話をかけてきます。どこから人材を集めればいいのか?

私自身は、できるだけ多くの大学が量子情報科学や量子情報科学(QIS)のプログラムを充実させるよう支援してきました。CSについて考えてみると、すでに5年から10年、大手ハイテク企業やスタートアップ企業でコーディングをしているようなコーダーが、量子革命に参加し始める可能性があります。そして、これからも強力な教育ツールが必要だと思います。このハイウェイへのオンランプが本当に必要だからだ。

ほとんどの人にとって、量子コンピューティングの世界に入るのはとても敷居が高い。経験豊富な古典的なコーダーでさえ、いきなり量子コンピューターに取り組むのは少し気が引ける。Pythonのコード自体はとても簡単です。コードというより、フレームワークです。必要なのは、何をするのか?量子ビットとは何なのか?ところで、人々は好奇心が旺盛で、量子ビットの物理的な形を正確に知る必要はますますなくなってきているにもかかわらず、彼らは知りたがっている。でも、量子ビットって何?しかし、量子ビットとは何なのか?

人々は好奇心旺盛です。だから、量子コンピュータの内部構造をすべて知る必要はない。ですから、ある程度の知識は役に立つと思いますが、もっともっと、この分野に参加させるために訓練する対象という点で、私たちはより広い視野に向かって進む必要があると思います。彼らをこの革命に参加させることができればと思います。

また、多様性という観点から、物理学が多様性の欠如という点で非常に大きな課題を抱えていることも知っています。私たちがこの業界を築き、このエコシステムを構築していく上で、このことを念頭に置いておくことは非常に重要だと思います。このエコシステムを構築していく中で、この分野に多様な幹部を送り込むことができるようになればと願っています。

ユヴァル:あなたは多くの企業、おそらく多くの業界と接触している。量子力学が最初に実用化されるのはどこだと思いますか?どのような業界で、どのようなアプリケーションで、概念実証の域を超えて、最初に生産が開始されると思いますか?

ジャック:いい質問だね。量子コンピューティングの話をしましょうか。でも、ユヴァル、他の量子テクノロジーにも目を向けてはどうでしょう。最近、人々が量子について考えたり、オンラインやウェブサイト、新聞で読んだりするとき、量子コンピューティングが注目されることが多いのですが、量子コンピュータの構築や使用だけでなく、量子技術には他にも多くの部分があることが分かっています。しかし、量子コンピューティングを始めとする量子テクノロジーには、いくつかの初期応用があると思います。もちろん、量子コンピューターは非常に初期の段階です。このポッドキャストのリスナーの多くはご存知かもしれませんが、物理量子ビットと論理量子ビットの両方で話をし、典型的なエラー訂正スキームでは1つの論理量子ビットを表現するのに、おそらく1000個の物理量子ビットを使います。つまり、1台のマシンで1000個の物理量子ビットに達していないということは、1個の論理量子ビットに達していないということなのです。

エラー訂正量子コンピューティングを実現するために、各社がさまざまな方法を試みているという点で、多様な考え方があることにとても勇気づけられます。しかし、現在のNISQ時代、つまりジョン・プレスキルの造語であるノイジーな中間スケール量子時代を超えると、次のレベルのコンピューティングが始まると思います。それは、量子ビットの数だけでなく、その量子ビットの質、忠実度、論理的な量子ビットに到達する能力も重要だということです。

そうなれば、面白いことがたくさんできると思います。もちろん、量子化学が思い浮かびますが、量子化学には多くの応用があり、私たちは皆、スケーリングされた量子コンピューターで実行したいと思うでしょう。今現在、分子から医薬品、化合物からクリニックまでの期間は、米国ではまだ約13年で、分子から実際にFDAの認可を受けた医薬品になるまでに約10億5千万ドルから20億ドルかかる。もし将来の量子コンピュータをよりスケールアップさせることで、この時間を短縮し、現在ベンチで行わなければならない作業をイン・シリコで行うことができれば、それは世界に多大な影響を与えるだろう。同じことが化学産業、ダウズ、デュポン、BASFなどにも当てはまり、これらの企業には多大なチャンスがある。

ユヴァル、化学業界では今、より環境に優しい化学を目指すという大きな流れがある。より環境に優しいというのは、毒性が低いということで、多くの企業が新しい種類のインプットを試しています。プラスチックに石油を投入する代わりに、プラスチックにバイオ燃料を投入すれば、ある程度の期間が経てば生分解し、現在、世界中の海や水路で起きているような災難を避けることができます。私が知っている限り、すべての自動車会社が今後15年、20年の間に完全または部分的な電動化を実現するという明確なロードマップを公表している。つまり、自動車に搭載されるバッテリーの数が増えるわけですが、現在のバッテリー化学は、このようなスケールアップにはあまり適していません。

ですから、私たちが考えることのできる垂直分野での応用はたくさんあります。分子化学以外の分野でも、さまざまな応用が考えられます。金融やリスク分析のための最適化ツールについても考えることができる。量子コンピューターが金融サービスにどのような影響を与えるかについて、現時点では理論的な側面から多くのエキサイティングな研究が行われていると思います。量子コンピュータのスケーリングに膨大なリソースが投入されていることから、エラー訂正された量子ビットがまもなく登場するのではないかと楽観視しています。というわけで、量子コンピュータについて私が言いたいことは以上です。ユヴァル、量子コンピューティング以外の量子技術の分野に目を向けてみましょう。

量子センシングについて考えてみよう。量子センシングはある意味、量子コンピューターの裏返しだ。量子コンピュータの量子ビットを増やすのはなぜ難しいのか?20量子ビットを増やすたびに「タッチダウン・ゾーン・パーティー」が開かれるのはなぜか?その理由は、量子ビットが非常に壊れやすいからでしょう?磁場や他の種類の外部刺激を受けると、量子ビットは簡単に崩壊してしまう。しかし、それこそが量子センサーが本当にエキサイティングな理由であり、量子センサーは新しいものではない。量子センサーは新しいものではなく、学術的には何十年も前から存在している。実際、イカは何十年も前に開発された量子センサーですが、イカにはいくつかの問題がありました。超伝導であるため極低温でなければならず、極低温であるがゆえにフォームファクターの種類や実装のアイデアが制限されるのは明らかだ。しかし、ここ20年で新しいタイプの量子センサーが登場し、室温または室温に近い温度で使用できるようになった。

量子センシングの時代が到来し、私たちにとって非常にエキサイティングな時代になると思います。ある意味、量子コンピューティングとは対照的に、量子センサーの実現にはほんの一握りの量子ビットがあればいいのですから。クリティカルマス(臨界量)はそれほど必要ない。ですから、この分野は非常にエキサイティングだと思います。

量子コンピューターが普及し始め、サイバーセキュリティのアーキテクチャーが現在の実装やプロトコルを見直さなければならない段階になると、サイバーセキュリティの分野でも多くのエキサイティングな仕事が行われるようになると思います。この分野ではすでに多くのイノベーションが起こっており、今後も起こり続けるでしょう。繰り返しになりますが、量子コンピュータの話に戻って、私が皆さんに見ていただきたいのは、ハイブリッド化されたパラダイムと未来の視点です。より多くの人々が量子革命に参加し、量子コンピュータを古典的なコンピューティング、GPUやTPUの応用分野での飛躍的な拡大、そしてこれらすべてを組み合わせたハイブリッド化されたソリューションの必要性を認識するようになることを願っています。

ユヴァル:では、最後の質問になりますが、魔法の杖をあなたに差し上げましょう。私たちに何に注力させたいですか?

ジャック:さて、ハードウェアの面で私が注目したいのは、いくつかのことだ。まず、教育の部分についてですが、どの会社にも、どの会社にもチャンスがあり、取り組む責任があると言えるかもしれませんが、教育の部分があります。たとえ1,000万ドルから2,000万ドルの資金を調達したばかりの小さな会社であっても、多くのリソースを持っているわけではない。量子力学関連企業、あるいはクラッシック関連企業に勤めているリスナーの皆さん、私たち全員が参加できることです。この本のGitHubサイトや私のEメール、あるいはこのポッドキャストやユヴァルを通じて、私に連絡を取ってください。

そして、どうすれば教育面を拡大できるか、他の人たちと提携を続けたい。大学の伝統的なプログラムだけでは不十分だと思う。企業が社内で企業トレーニングを行うだけでなく、周囲の人たちにもトレーニングを提供し、みんながそれを倍増させることが本当に必要なのです。だから私は、技術的な問題の前にまず、伝統的な企業も量子力学的な企業も参加してほしいと思っている。私たち全員が参加し、協力することで、多くの協力の余地が生まれます。

クラウド企業はすでに素晴らしいスタートを切っていて、より多くのツールを提供し、ウェブサイト上で説明を提供し、マシンで遊べるサンドボックスのような領域をウェブサイト上で提供している。これは本当にいいことだと思う。学位プログラムに在籍している伝統的な学生だけでなく、非伝統的な学生をもっと認識するべきだと思います。35歳かもしれないし、40歳かもしれない。彼らは今、この新しい分野の学生であり、量子コンピューティング企業やクラウド企業のために、低料金から無料でこれらの技術を試してもらうこともできる。

第三に、抽象化である。抽象化、つまりハイブリッド化された抽象化を推進し続けることで、古典的なプロセスだけでなく、量子的なプロセスに対してもコードを抽象化できるようにしよう。

また、分散型量子コンピューティング(DQC)もいつか実現することを願っている。これは将来にとってエキサイティングなことだと思います。DQCが大規模に実現するまでにはまだ数年かかると思いますが、古典的な世界では分散コンピューティングの価値がわかっていますし、DQCの未来は、量子コヒーレントネットワークを介して、さまざまな量子デバイスを結びつけることができるエキサイティングなものだと強く信じています。あるものはコンピューティングデバイスかもしれないし、あるものはセンサーかもしれない。しかし、量子コヒーレントネットワークは、世界中の異なる量子デバイスを結びつけるものなのだ。

もちろん、現在検討されているいくつかのアーキテクチャを拡張するためには、量子コヒーレントリンクが必要です。私たちが知っている量子コンピューティング企業の多くは、今まさに自社のラボで量子コヒーレントリンクを使って、量子ビットのブロックをリンクさせ、自社のアーキテクチャを拡張したいと考えています。産業界として、量子コヒーレント・ネットワークが実現する未来に取り組みたいですね。カリフォルニア工科大学(CalTech)やマサチューセッツ工科大学(MIT)、ヨーロッパの多くの大学が、量子コヒーレント・ネットワークの分野で素晴らしい研究を行っています。これらの大学には、各国政府から資金提供を受けている初期の取り組みがいくつかありますが、いずれDQCは、私たちのコンピューティングの未来において、偉大で素晴らしい一部になると思います。

ユヴァル:素晴らしい。1年半は大変そうですが、ベストを尽くします。ではジャック、あなたと連絡を取り、あなたの仕事についてもっと知るにはどうするのが一番いいでしょうか?

GitHubと僕の苗字のHidaryとquantumを入力すれば、GitHubのリンクが表示されるよ。そして僕のウェブサイトへようこそ。jack@hidary.com。この本の問題集もあります。ウェブサイトでは解答を提供していません。しかし、私たちと連絡を取っている教員は、解答マニュアルを入手することができます。ユヴァルは、「私は会社で非公式なコースを教えている。もちろん、私たちはそうしています。ですから、正式な大学に所属していなくてもできるのです。そして、非伝統的な学習、社会人のための継続的な学習が、この教科書の使い方の大きな部分を占めるようになることを願っています。

ユヴァル:ジャック、今日はありがとう。

ジャック:ありがとう、ユヴァル。ご一緒できてうれしいです。


"キュービット・ガイのポッドキャスト "について

The Qubit Guy(弊社最高マーケティング責任者ユヴァル・ボーガー)がホストを務めるこのポッドキャストは、量子コンピューティングのオピニオンリーダーをゲストに迎え、量子コンピューティングエコシステムに影響を与えるビジネスや技術的な疑問について議論します。ゲストは、量子コンピュータのソフトウェアやアルゴリズム、量子コンピュータのハードウェア、量子コンピューティングの主要なアプリケーション、量子産業の市場調査などについて興味深い見解を提供します。

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