ハイブリッド アーキテクチャの構築から複雑な基本的な問題への取り組みまで、量子物理学者 マウロ・パテルノストロ 量子技術の展望から得られる膨大な可能性を概説する
私たちは量子ルネッサンスの真っ只中におり、学界と産業界の研究者が皆、量子コンピューティング競争に「勝つ」ために競い合っています。量子市場は活況を呈しており、世界中で巨額の政府資金に支えられ、大小を問わず多くの企業がこの技術に投資しています。
マウロ・パテルノストロ氏、パレルモ大学とクイーンズ大学ベルファストの量子物理学者は、量子情報処理と量子技術の専門家です。彼のチームはこの主題の基礎に取り組み、空洞オプトメカニクス、量子通信などの分野で先駆的な研究を行っています。彼は IOP Publishing ジャーナルの編集長でもあります。 量子科学技術.
この広範なインタビューで、パターノストロ氏は、量子テクノロジーとハイブリッド アーキテクチャの「4 つの柱」から、量子テクノロジーと人工知能 (AI) の有望な結婚まで、量子環境に関する彼の見解について Tushna Commissariat に語ります。パテルノストロ氏はまた、この世界を変えるテクノロジーの真の可能性を実現するには、継続的な政府資金の必要性を強調しています。
私たちは過去 10 年間にわたって量子バブルの崩壊を見てきましたが、世界中で量子テクノロジー企業と資金調達が急激に拡大することの潜在的な利点とリスクは何でしょうか?
全体として、このイメージは非常にポジティブです。企業は、この分野が必要とするより実用的な開発を推進できるため、量子情報処理には産業界からの支援が必要でした。業界が提供する視点は、全体的な目標に関して、より焦点を絞った方法で量子テクノロジーを形成するのに役立ちます。産業界であれ、学術界であれ、新進気鋭の爆発的な市場は素晴らしいものです。
しかし、ご指摘のとおり、急速な成長が見られます。そして、それはほとんど良いことですが、私たちが大きなバブルを生み出し、遅かれ早かれ崩壊するのではないかという少しの心配もあります。したがって、これは制御の問題だと思います。研究領域が有機的に成長できるようにしながら、ある程度自分自身を抑制する必要があります。
私は、小規模企業の数がすべて独自の量子ソフトウェアを開発しているように見えることに少し懸念しています。彼らの製品は真の量子アルゴリズムとはほとんど関係がなく、通常は古典的な最適化ソリューションであり、それぞれに利点があります。しかし、それらは必ずしも私が量子フレームワークと呼ぶものではありません。
一方で、スピンオフ企業の中には、量子センサーなどの量子処理プラットフォームの実装をより指向している企業もあります。量子計算だけでなく他の物理法則も関係しているので、これらは非常に興味深いものです。
量子技術の発展を支える 4 つの柱があります。量子シミュレーション。量子通信。そして量子センシングと計測学。そして、4人全員が非常に健全に成長していると言えます。
量子センシングは、利用できるテクノロジーの成熟のおかげで、通信と合わせて最も先進的なものの 1 つであると思われます。産業界の関与は有益で有望ですが、乗車料金の全額を手元に持たずに高速バスに飛び乗ろうとすることから生じる乱暴な投機と「インフレ」には注意する必要があります。
私は中小企業に対して懐疑的なことが多いですが、大手企業からも懸念すべきニュースが届くこともあります。たとえば、中国のハイテク企業アリババは、昨年末に突然社内の量子チームを閉鎖することを決定するまで、量子コンピューティングのプラットフォームとソリューションの開発に関心を持っており、むしろAI研究のリーダーになることに注力したいと述べた。
これは単にビジネス上の決定だったのでしょうか、それともアリババは私たちがまだ嗅いだことのない何かの匂いを感じているのでしょうか？しばらく様子を見る必要があると思います。全体として、未来は明るく、産業界の関与は非常に良いニュースだと思います。
トラップされたイオンや量子ドットから超伝導やフォトニック量子ビットに至るまで、さまざまな量子コンピューティング技術がトップの座を争っています。どれが最も成功する可能性が高いと思いますか?
私は一種の不可知論者であり、私たちが構築する最初の量子デバイスが完全に量子であるとは信じていません。これが物議を醸す見解であることは一部の人にとっては承知していますが、これは私の分野の他の多くの人たちと共有されている意見です。最終的にはハイブリッド アーキテクチャになると思います。 ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC） 量子コンピューティング アーキテクチャとインターフェイスします。
多分これら ノイジーな中間スケール量子 (NISQ) アーキテクチャには、パフォーマンスを向上させる本格的な HPC アーキテクチャが結合されます。また、その逆も同様です。この種のハイブリッド デバイスによって量子リソースが提供されると、現在の古典的な HPC が生成できるパフォーマンスが向上します。私はその種のハイブリッド アーキテクチャの実現可能性を強く信じています。完全な量子ソリューションは、現時点ではまだ遠いです。
また、量子コンピューターが提供する計算能力のギャップを最大限に活用するために必要となる膨大なリソースを管理できるかどうか、私は完全に確信しているわけではありません。このハイブリッド HPC 量子アーキテクチャを目指す中期目標は、追求する方がはるかに現実的であり、潜在的に非常に実りあるアーキテクチャになるでしょう。私は生きているうちに何かが起こるだろうと少し楽観的です。
量子センサーは、ヘルスケア、建設、さらには重力測定など、さまざまな用途向けにすでに開発されているとおっしゃいました。その分野で新しくてエキサイティングなことは何ですか?
量子センサーは、これまで解明できなかったメカニズムを調査するための驚くべき機能を開発しています。基本的に、これらのセンサーは、英国の多くの研究者が追求することに興味を持っている、重力のような力の潜在的な量子効果をより適切に検出するのに役立ちます。実験コミュニティのかなりの部分がこれらの目標を追求しており、バーミンガム大学の量子ハブがこの分野をリードしています。
追求すべき勝利の実験プラットフォームがあると主張する人は誰もいないと思います。冷原子とオプトメカニクスはどちらも、その点で最も有望なプラットフォームの一部です。しかし、この分野が達成した理論的および実験的な進歩は非常に興味深いものです。
とらえどころのない物理的メカニズムの基本的な性質を探ることができるセンサーは、重要な開発になると私は信じています。さらに、加速度計やイメージャなど、すでに十分に確立されている他のセンシング デバイスもあります。の 英国の国家量子技術プログラム この点ではすでに大きな進歩を遂げており、このテクノロジーは利用可能であり、実際に影響を与えるのに十分に成熟しています。
現段階では通信と並んでセンシングが量子技術実装の最前線にあるため、産業界はこの分野に多額の投資をすべきだと思います。
量子市場の舞台設定: 量子ビジネスがどこまで進み、どのように展開するか
では、量子通信についてはどうでしょうか？
量子通信はおそらく、産業界主導の目標の利益のために学術の進歩が活用された最も具体的な例です。これは、これら 2 つのコンポーネントが連携すると何が達成できるかを示す、まったく素晴らしい例です。
進歩は素晴らしいものですが、特にグローバル量子ネットワークのより大きな地政学的な影響を考慮すると、物議を醸す側面もあります。通信とデータのセキュリティの問題は今後重要になるため、これらの技術開発が広範に及ぼす影響を慎重に検討する必要があります。地政学的境界は常に変化しており、その目的は科学的目標と必ずしも一致しているわけではありません。
AI と量子テクノロジーが交差する主要な分野にはどのようなものがありますか?相互に最も効果的に役立つのはどこですか?また、潜在的な問題は何ですか?
これは非常に重要な質問です。言うまでもなく、両方の分野の聖杯は非常に近づいています。AI と量子計算はどちらも新しいアルゴリズムの開発に基づいています。量子機械学習 (ML) や量子 AI について話している人がいますが、それは彼らの本当の意味ではありません。 AI や ML の問題のために特別に設計された量子アルゴリズムについては言及していません。それらが意味するのは、古典的な機械学習または古典的な AI と量子問題とのハイブリッド化です。
これらの解決策は、分野と私たちが取り組もうとしている問題によって異なります。しかし、一般的に、私たちはデータセットを処理するための古典的な手法を検討しています。問題の最適化。コスト関数を解く。量子問題の制御、最適化、操作。
2 つの長所を組み合わせているので、非常に有望です。理論的な観点から見ると、その目的は、対処する必要がある一般的な量子力学的レベルの問題、そしておそらく規模の点でより大きく複雑な問題に取り組むことです。私たちは、認証可能で統合された方法でこれらの問題の複雑さに対処できるツールをアルゴリズム レベルで構築したいと考えています。
そして興味深いのは、実験が理論的発展に追いつき始めていることです。私たちはすでに、ML と量子情報処理を組み合わせたこのハイブリッド シナリオで開発された多くのソリューション、アプローチ、方法論を持っています。
これらの実験が今後数年間で徹底的に調査され、AIと量子バブルが崩壊したとしても巻き込まれないことを願っています。しかし、AI は今後も定着していく一方で、ML は今や世界中のデータ アナリストによって使用される欠かせないツールとなっているため、実際にはそうではないのではないかと私は疑っています。私たちが取り組むことができる、また取り組むべき問題の複雑さをさらに拡大したいという野心があるのであれば、これらのツールの開発に集中する必要があります。
この分野ではどのような新しい取り組みが行われているのでしょうか？
今年の初め、 英国の研究とイノベーション（UKRI） は、ヘルスケアからエネルギーまでの複雑な問題に取り組むための「革新的なAI技術の提供」を目的とした10つの新たな研究拠点と、「責任あるAI」を定義するための他のXNUMXの研究に資金を提供すると発表した。これらの多くに量子コンポーネントが含まれていることは知っています。特に医療分野では、AI ベースのソリューションが絶対的な基礎となりますが、量子ソリューションも存在する可能性があります。
したがって、AI フレームワークの開発が規制されている限り、私は AI と量子技術の融合に関して非常に楽観的です。今のところ、 欧州委員会はAI法の法的枠組みを策定中これは、AI が引き起こす可能性のあるリスクと、テクノロジーの規制において EU が果たそうとしている世界的な役割に対処するものです。英国と米国の両国は、すでにしばらくの間同様の枠組みに取り組んでいるため、遅かれ早かれ何らかの世界的な政策と規制を策定する必要があります。
この開発が強固な枠組みを備えた規制された政策に従っている限り、AI と量子技術との相互作用は、両方の分野の大幅な成長を助ける有用な双方向フィードバック メカニズムを生み出すはずです。
世界各国の政府による量子テクノロジーへの資金提供に関して、具体的にどの分野へのさらなる投資を期待しますか?
私の補助金！しかし、より深刻な問題として、政府レベルの投資は、本質的にまだ新興の科学分野に対して広範かつ多大なものとなっている。軍事研究や医学研究など、科学助成を受けている他の分野と比較すると、投入された金額はほとんどばかばかしいほどですが、もちろん私たちにとっては非常に良いことです。この種の政府支出の利点は、私たちがコミュニティを形成し、共通の目標を考え出すことを強制されることです。
前述の 4 つの柱を参照すると、基礎物理学と理論発展の根底にあるつながりがあります。さまざまな国が、専門知識やリソースに応じて、重点を置く 1 つまたは複数の柱を選択しています。米国は計算に非常に重点を置いています。 EU はより広範囲に広がっているため、状況はより複雑ですが、通信への多額の投資とシミュレーションへの関心の高まりがあり、EU の国家戦略の多くもセンシングに焦点を当てています。
英国もまた、スペクトル全体をカバーしようとしていますが、イメージングからコンピューティング、通信からセンシングまで、非常に明確に定義されたトピックをいくつか特定しています。フィンランドのように、すでに大規模な施設が利用可能なため、より実験的なアプローチをとり、超電導アーキテクチャに焦点を当てている国もあります。一方、シンガポールは、衛星ベースの量子通信における非常に強力な研究分野を開発しています。小さな国ですが、人材と資源の両面で大きな可能性を秘めています。
そのため、さまざまな国が有機的な方法で独自の専門分野を発展させてきました。そうすることで、私たち全員がコミュニティとして勝利し、これまでの進歩から恩恵を受けています。小さなステップもあれば、さらに漸進的なステップもあれば、大きな飛躍もあります。
量子技術への投資は継続されるべきであると国政府や超国家政府が認識することが非常に重要になると思います。この分野は、高い目標を達成するために継続的で途切れることのないサポートが必要です。そして、私たち科学界は、たとえ相違があったとしても、全く同じ目標を設定して一貫した全体像を投影しなければなりません。そうして初めて、私たちは量子テクノロジーを生活を変える現実に応用するのに最適な立場になれるのです。
新編集長として 量子科学技術 (QST)、このジャーナルに対するあなたのビジョンは何ですか?
これは大変光栄なことであり、本当に光栄ですが、量子関連ジャーナルの進化する状況を考えると、大変な取り組みでもあります。私がジャーナルに望んでいるのは、QST が一流の寄稿を投稿するための好ましい手段の 1 つであり続けることです。しかし、私はジャーナルのマニフェストとその目標の形成にも貢献したいと考えています。
したがって、編集長としての私の最優先事項は、編集委員会の支援とともに、ジャーナルの範囲と使命を明確な方法で形成する執行委員会を設置することでした。そしてそれは、量子研究コミュニティによって導かれ、ジャーナルが今後数年間にどのように発展していくかについて情報を提供することになります。範囲に関しては、量子技術の実装の限界を押し上げる、より高品質な実験的アップデートを期待します。
IOP パブリッシングには、 変革的な合意 オープンアクセス出版に関して、所属機関と (TA) を交わします。それについて教えてもらえますか？
私たちの成果の出版に関する限り、これは状況を一変させる合意だったと思います。研究評議会は、例えば工学物理科学研究評議会（EPSRC）からの助成金によって支援された成果物に厳しい基準を設けており、それらの成果物が完全にアクセス可能であり、データがコミュニティに完全に利用可能である必要があるため、オープンアクセスを保証するTAが私たちに必要なのです。 IOP Publishing が EPSRC 準拠の出力を出版できる実行可能な手段であるという安心感を持てるのは素晴らしいことです。
IOPP 協定により、資金のコンプライアンスとは別に、論文出版料金 (APC) の請求書を処理する管理上の負担が軽減され、科学者にとっては大きな負担が軽減されます。私は、他の出版社と同様の協定を締結することで、この取り組みを拡大することを主張してきましたが、同時に、これが来年かそこらで消え去る一回限りの実験にならないようにすることも主張してきました。私たちは、英国だけでなく、私の知る限りヨーロッパ全体の機関が関与する方法を体系化する必要があります。高等教育機関や研究機関の運営方法と同様に、最初からカプセル化する必要があります。出版社と大学や研究機関との間に相乗効果を生み出すことが重要です。
- SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
- PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
- プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
- プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
- プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
- 情報源： https://physicsworld.com/a/mauro-paternostro-a-vision-of-the-quantum-landscape/
