卵が先か鶏が先かという話もあるが、コンピュータ科学者や物理学者が量子コンピュータの実用化を目指す多くの理由の一つは、量子システムそのものをモデル化することにある。数十個の粒子からなるシステムの量子特性をモデル化することは、従来の最大級のスーパーコンピュータでさえ不可能であり、新材料や次世代科学の追求には、それを実現する方法を見つけることが不可欠だ。だからこそ、米国立標準技術研究所（NIST）の物理学者たちが、数百個の量子ビット間の相互作用をシミュレートできる量子シミュレーターを構築したことは注目に値する。
これは量子コンピューティングの聖杯とは決して言えませんが、画期的な前進と言えるでしょう。NISTのシミュレーターは基本的にベリリウムイオンの単層構造で、数百個のイオンが直径1ミリメートル未満の円形の平面に広がり、ペニングトラップと呼ばれる容器の中に浮かんでいます。この場合の量子ビット（キュービット）は、各イオンの最外殻電子であり、古典的なビットである0または1（量子的な文脈では、両方を同時に表す場合もあります）の量子版として機能します。
NISTの物理学者たちは、レーザーでイオンを絶対零度近くまで冷却し、精密にタイミングを計ったマイクロ波とレーザーパルスを照射することで、電子の相互作用を制御し、実験室では実際には研究できない複雑な量子系を（少なくとも数学的には）模倣することに成功しました。したがって、これは真の量子コンピュータというよりは量子系シミュレーターに近いものですが、それでも非常に興味深いものです。この種のシミュレーションは、物理学者が極めて複雑で驚くべき理論上の物質をモデル化し、研究するのに役立つ可能性があります。例えば、将来的には送電網を通して長距離にわたって電力を熱としてほとんど失うことなく送電できるようになる高温超伝導体などが挙げられます。
NISTの報告によると、この量子シミュレーションの初期ベンチマーク実験は良好な結果を示しているものの、ベンチマーク実験を行うには、古典コンピュータで検証できるほど単純なシステムである必要があったため、電子間の相互作用が比較的弱い状態で実験を行う必要があった。ここで物理学者たちは、量子コンピューティング分野が直面する主要な問題の一つに直面した。
最初の量子コンピュータ（あるいはシミュレータ）の有効性を検証するには、科学者たちは実際に動作する量子コンピュータを必要とする。これは、真の量子コンピューティング・プラットフォームの構築に至るまでの過程で、試行錯誤を繰り返すことになるパラドックスである。初期の量子技術のブレークスルーは、解の正確さを検証するために過去を遡って考えることが不可能な代数問題と同等の問題を生み出すことになるだろう。しかし、これは量子物理学とコンピュータサイエンスの最先端技術であり、確実性を求めるのはそもそも退屈なことだ。
サイグル
