人間とのデュエットを果たした「量子コンピューターの歌声」

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7月下旬、英国でメゾソプラノ歌手ジュリエット・ポーチンによる公演が行われた。デュエットの相手は、量子コンピューター。この世界では見ることのできない量子ビットは、ポーチンの歌声に合わせてどんなハーモニーを生み出したのか。音源も紹介。

英国の南西沿岸にある城のような館で、7月29日(現地時間)、ウェールズ人のメゾソプラノ歌手が量子コンピューターとのデュエットを披露した。

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量子コンピューターは実際にそこにはなかった。それは約8,500km離れた米ロサンゼルス郊外の研究室にあった。インターネットを使うことで共演が実現したのだ。

この公演は、英国プリマス大学の「Interdisciplinary Centre for Computer Music Research 」(ICCMR:コンピューター音楽研究学際センター)の上級研究者であるアレクシス・カークが企画したものだ。

カークは、現代的なデュエットの企画でよく知られた人物だ。電離放射線とともに演奏したヴァイオリン奏者や、iPadが作曲した楽曲を伴奏したフルート奏者の公演などが有名である。

異なる世界の法則

だが、今回のデュエットはこれまでのものとは違った。

量子コンピューターは、デスクの上にあるPCやポケットの中のスマートフォンのようなものではない。PCやスマートフォンは古典的な物理法則に従っており、コンピューターメモリーの各「ビット」は1か0の状態をとる。だが量子コンピューターの場合、原子や光子のようなものを扱う物理学、量子力学の魔法のような原理に従っている。

量子コンピューターでは「量子ビット」と呼ばれるものにデータが記憶されるが、各量子ビットは同時に1と0の状態をとることができる。つまり2量子ビットは、 00、01、10、11の4つの値をとることができる。そのため量子ビットを追加し続ければ、従来モデルよりも飛躍的にパワフルなマシンをつくることが可能なのだ。まだこれは完全には実現されていないが、プロトタイプはできている(日本語版記事)。

これまでの説明がまったくわからなくても心配しなくていい。とにかく量子の世界は、わたしたちの世界とは異なる振る舞いをするということだ。

「これらは通常の理論では説明できないことです」と、IBMの量子コンピューター研究者であるジェリー・チャウは言う。量子ビットを見ることはできないし、実際に想像してみることもできない。事実上、古典的な世界であるこちらから量子システムを読み解こうとすれば、それは「デコヒーレンス」する。つまり、多相的な状態からひとつの状態へと崩壊するのだ。崩壊すれば、量子ビットは0と1の状態を共存させることができなくなる。

クオンタムの歌声

だが、量子ビットが見えなくても、カークは少なくともそれを聴きたいと考えた。

7月29日の公演で、彼は量子コンピューターを使用して音を奏でた。カークによる15分間の3楽章のタイトルは「Superposition」(重ね合わせ:量子ビットが1と0の両方の状態をとる性質)だった。

コーンウォール州で行われた「ポート・エリオット・フェスティヴァル」の開催地となった城の中で、ウェールズ人のメゾソプラノ歌手ジュリエット・ポーチンが歌うなか、彼女の声はインターネットによって世界中、そしてロサンゼルス郊外のマリナ・デル・レイにある南カリフォルニア大学情報科学研究所(Information Sciences Institute, ISI)に設置された量子コンピューター「D-Wave」へと送信された。

カークは南カリフォルニア大学のダニエル・ライダー教授と協力し、ポーチンの声を取り入れ、D-Waveの量子性を経由させることで新しい音を生成するアルゴリズムを構築した。その後、マシンはこれらの音をコーンウォールへと送り返し、館内のノートパソコンから再生された音がポーチンの歌声と重ね合わせられた。

カークによるとこのプロジェクトは、D-Waveの重ね合わせ状態(量子領域においてはすべての状態が共存する)を、ひとつの和音へとマッピングするものだという。それぞれの状態は異なるコードへとマッピングされ、それらのコードがひとつに統合された。「これらのコードは『超コード』へと融合します」とカークは言う。「重ね合わせ状態に最も近い、この世界での表現だと考えています」

あらゆる量子コンピューターと同じように、D-Waveはデコヒーレンスを処理しなくてはならない。量子ビットを崩壊させることなく重ね合わせを読み解くことはできないが、D-Waveは多数の量子システムを用いて、その崩壊から学習することができる。まずD-Waveが量子システムを見る。するとデコヒーレンスによって、これらのシステムは何らかの状態へと崩壊する。それからD-Waveは、これらの崩壊状態から、重ね合わせがどのようなものだったのかを推測する。

これこそ、カークが行っていることでもある。彼のオペレッタは、量子コンピューターの意味不明な設計を読み解くためのミニレッスンなのだ。

生きるか死ぬか、は問題じゃない

この楽曲は楽しさにも満ちている。D-Waveの量子性は、「ニオブ」という金属に依存している。そしてニオブという名前は、ギリシア神話に登場する悲劇の女性・ニオベにちなんで名付けられている。そこでカークは、第1楽章をニオベを中心に組み立てた。

また、第3楽章はハムレットが中心だ。ハムレットは自分の母親とニオベを比較しているからだ。オフィーリアが死んでいるのと同時に生きている状態である、という歌詞は「重ね合わせ」を意味する。ちょうど「シュレーディンガーの猫」のような感じだ。

カークはまた、「量子もつれ」を表すことを意図したいくつかの音も追加した。量子もつれとは、離れた場所で2個の粒子がつながっているという状態だ。量子もつれにより、2つの量子システムの間で、たとえそれらに物理的なつながりがなくてもデータを動かすことが可能となる。情報テレポーテーションのようなものである。

公演が行われた部屋は小さく、ライヴで体験した人たちはごく少数だが、SOUNDCLOUDでD-Waveがつくり出したハーモニーを聴くことができる。重ね合わせが聴こえるかもしれないし、聴こえないかもしれない。映画『2001年宇宙の旅』の一場面で使われた音楽のように感じる人もいるかもしれない。

いずれにしてもこれは、量子コンピューターから生まれたものなのだ。

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