パッチパネルと量子コンピュータ

カリフォルニア州マウンテンビューにいるとき、2、3時間自由な時間があれば、コンピューター歴史博物館を訪れるのは良いアイデアかもしれない。そこには興味深い展示物がたくさんあるが、その中にアナログ・コンピューターとそのパッチパネルがあるかもしれない。

1940年代、アナログ・コンピュータはかなり普及していた。アナログ・コンピュータはデジタル・コンピュータよりも高速で、水力学のような物理現象のシミュレーションに適していた。あるレベルでは、アナログ・システムのシミュレーションと解析には、アナログ・コンピュータが自然に適合していると言える。1970年代後半には、NASA、ロッキード社、フランス原子力委員会など多くの大組織がアナログ・コンピュータを使用していた。今日でも、フライト・シミュレーションのような非常に特殊な用途にアナログ・コンピュータが使われている。

アナログ・コンピューターは、オペアンプ・モジュールと抵抗、コンデンサーなどのディスクリート受動部品で構成されている。アナログ・コンピューターをプログラムするには、オペレーターは昔の電話交換機のようなパッチパネルを使って作業する。あるモジュールの出力と別のモジュールの入力をケーブルで接続するのだ。アナログ・コンピュータが大型化するにつれて、パッチ・パネルも大型化し、写真のように「ケーブルのスパゲッティ」状態になった。

このパッチパネルとプログラミング方法は、私たちに何かを思い起こさせるだろうか？これは現在の量子コンピュータのプログラミング方法とさほど変わらない。いいえ、物理的なパッチパネルはありませんが、量子ソフトウェア技術者は基本的に量子ビットとゲートを明示的に接続します。

私たちは、仮想パッチパネルを使って量子マシンのプログラミングを続けたいのだろうか？おそらく無理だろう。量子ビットの数が増えれば増えるほど、プログラムの作成、デバッグ、メンテナンスはますます難しくなるだろうか？もちろんだ。

将来、量子ビットとゲートが個別に接続されなくなるわけではありません。ただ、ソフトウェア・エンジニアがその方法を明示的に指定することを期待しないだけだ。デジタル電子回路が今でもゲートを相互に接続しているように、量子回路もそうだろう。しかし、デジタル回路がVHDLやVerilogの高水準モデルから合成されるように、量子回路も高水準記述から自動的に合成されることを期待したい。