米国の量子コンピューティングスタートアップ企業PsiQuantumは昨日、この技術を実用化する道のりにおける重要な課題を解決したと発表した：量子チップを実用的な量で製造することに成功したのである。
PsiQuantumは2021年に「ステルスモード」から脱却し、大型の資金調達を発表した。昨年にはさらに2回の資金調達を行っている。
同社は長い間、実用的でないと見なされてきたいわゆる「光子式」量子コンピューティングを使用している。
光の個々の粒子にデータを符号化するこのアプローチは、低ノイズ、高速動作、既存の光ファイバーネットワークとの自然な互換性など、説得力のある利点を提供する。しかし、光子が目もくらむような速さで飛び、失われやすく、作成や検出が困難であるという事実を管理するための極端なハードウェア要件によって妨げられていた。
PsiQuantumは現在、これらの困難の多くを解決したと主張している。昨日、『Nature』誌に掲載された新たな査読付き論文で、同社は大量生産が可能でシステムのスケールアップ問題を解決する光子式量子コンピューティング用のハードウェアを発表した。
量子コンピュータとは何か？
あらゆるコンピュータと同様に、量子コンピュータは物理システムに情報を符号化する。デジタルコンピュータがトランジスタにビット（0と1）を符号化するのに対し、量子コンピュータは量子ビット（キュービット）を使用し、これは多くの潜在的な量子システムに符号化できる。
量子コンピューティングの世界で伝統的に注目されてきたのは、絶対零度近くの温度で動作する超伝導回路である。これらはGoogle、IBM、Rigettiなどの企業によって推進されてきた。
これらのシステムは、「量子超越性」（量子コンピュータが一部のタスクで従来のコンピュータを上回る状態）や「量子有用性」（つまり、実際に有用な量子コンピュータ）の到来を主張する見出しを集めてきた。
見出しを集める競争で僅差の2位となっているのが、IonQとHoneywellが追求している閉じ込めイオン量子コンピューティングである。このアプローチでは、帯電した原子が特殊な電磁トラップに捕捉され、そのエネルギー状態に量子ビットが符号化される。
その他の商業的な競合には、中性原子量子ビット、シリコンベースの量子ビット、ダイヤモンドの意図的な欠陥、および非伝統的な光子エンコーディングなどがある。
これらはすべて現在利用可能である。一部は巨額の価格タグで販売されており、一部はクラウドを通じてアクセス可能である。しかし警告しておくと、これらは今日では計算よりも実験のためのものである。
障害とその許容方法
デジタルコンピュータの個々のビットは非常に信頼性が高い。それらは1兆回の操作につき1回程度の障害（例えば、0が意図せず1に反転するなど）を経験するかもしれない。
PsiQuantumの新プラットフォームには、低損失窒化ケイ素導波路、高効率光子数分解検出器、ほぼ無損失の相互接続など、印象的な特徴がある。
同社は単一キュービット操作で0.02%、二キュービット生成で0.8%のエラー率を報告している。これらは非常に小さい数字のように思えるかもしれないが、スマートフォンのチップの実質的にゼロのエラー率よりはるかに大きい。
しかし、これらの数字は今日最高のキュービットに匹敵し、驚くほど励みになるものである。
PsiQuantumシステムにおける最も重要なブレークスルーの1つは、融合ベースの量子コンピューティングの統合である。これは、従来のアプローチよりも簡単にエラーを修正できるモデルである。
量子コンピュータの開発者たちは「フォールトトレランス（障害許容性）」と呼ばれるものを達成したいと考えている。つまり、基本的なエラー率が特定の閾値を下回れば、エラーを無期限に抑制できるということである。
「閾値以下」のエラー率の主張は疑問視されるべきである。なぜなら、それらは一般に少数のキュービットで測定されるからだ。実用的な量子コンピュータはまったく異なる環境であり、各キュービットは何百万（あるいは何十億、何兆）もの他のキュービットと共に機能しなければならないだろう。
これはスケーラビリティの根本的な課題である。ほとんどの量子コンピューティング企業がこの問題を基礎から取り組んでいる—個々のキュービットを構築し、それらを組み合わせる—一方で、PsiQuantumはトップダウンのアプローチを採用している。
スケールファースト思考
PsiQuantumは半導体製造業者GlobalFoundriesと提携してシステムを開発した。光子源と検出器、論理ゲート、エラー修正などの主要コンポーネントはすべて、単一のシリコンベースチップに統合されている。
PsiQuantumによると、GlobalFoundriesはすでに数百万個のチップを製造したという。
すでに半導体の製造に使用されている技術を活用することで、PsiQuantumは光子式アプローチを長い間悩ませてきたスケーラビリティの問題を解決したと主張している。
PsiQuantumは商業用半導体ファウンドリでチップを製造している。これは数百万キュービットへのスケーリングが比較的容易になることを意味する。
PsiQuantumの技術がその約束を果たせば、それは量子コンピューティングの最初の真にスケーラブルな時代の始まりを告げるかもしれない。
障害許容性を持つ光子式量子コンピュータは、大きな利点とより低いエネルギー要件を持つだろう。
コメント