テックジャイアントは、今世紀中に実用化された量子コンピュータの到着を期待

IBM、Google、Amazon、Microsoftなどの企業が共有した詳細によると、米国のテック企業は、ラボのプロトタイプから産業用マシンへと量子コンピュータシステムをスケーリングするために競争しています。

チップ設計とエラー訂正における突破により、技術的なギャップが縮小され、一部には10年間の目標が現実味を帯びていますが、他の人々は道がはるかに長いと警告しています。

6月のIBMの発表は、以前の計画からの欠落していたエンジニアリングの詳細を満たすフルスケールの設計を提示しました。同社の量子プログラムを率いるJay Gambetta氏は、2030年までに材料シミュレーションやAIモデリングなどのタスクで古典コンピュータを上回るマシンへの「明確な道筋」があると述べています。

Julian Kellyが率いるGoogleの量子研究チームは、昨年最大の技術的障壁の一つを取り除き、10年の終わりまでに提供すると述べています。Kelly氏は、残りのすべての問題を「克服可能」と呼んでいます。

企業がスケーリングの課題を解決するために推進

Amazonの量子ハードウェア責任者であるOskar Painter氏は、主要な物理学のマイルストーンが達成された後も、産業フェーズには15〜30年かかる可能性があると警告しました。意味のあるパフォーマンスを得るには、基本的な量子単位である200量子ビット未満から100万量子ビット以上への飛躍が必要です。

スケーリングは量子ビットの不安定性によって妨げられており、有用な状態は数分の1秒に制限されます。433量子ビットのIBMのCondorチップは、コンポーネント間の干渉を示しました。Rigetti ComputingのCEOであるSubodh Kulkarni氏はこれを「厄介な物理学の問題」と説明しました。IBMは、この問題を予想しており、現在、干渉を減らすために異なる結合器を使用していると述べています。

初期のシステムは、パフォーマンスを向上させるために個別に調整された量子ビットに依存していましたが、大規模では実行不可能です。企業は現在、より信頼性の高いコンポーネントと低コストの製造方法を開発しています。

Googleは、10億ドルのフルスケールシステムを構築するために部品価格を10分の1に削減するというコスト削減目標を持っています。量子ビット間でデータを複製し、1つの損失が結果を壊れないようにするエラー訂正は、スケーリングに必要な要件と見なされています。

Googleは、システムが成長するにつれてエラー訂正が改善されるチップを示した唯一の企業です。Kelly氏は、このステップをスキップすると、「非常に高価なマシンがノイズを出力する」と述べています。

競合する設計と政府の支援

IBMは、低密度パリティ検査符号と呼ばれる異なる誤り訂正方法に賭けており、これはGoogleの表面符号アプローチよりも90%少ない量子ビットが必要だと主張しています。表面符号は、グリッド内の各量子ビットを近隣と接続しますが、実用的な作業には100万個以上の量子ビットを必要とします。

IBMの方式では、量子ビット間の長距離接続が必要であり、これはエンジニアリングが困難です。IBMはこれを達成したと述べていますが、Gartnerのマーク・ホーバス氏などのアナリストは、この設計はまだ理論上にのみ存在し、製造で実証される必要があると指摘しています。

他の技術的課題も残っています。配線の簡素化、複数のチップをモジュールに接続すること、およびシステムを絶対零度に近づけるための大型の低温冷凍庫の構築です。

IBMとGoogleが使用する超伝導量子ビットは大きな進歩を示していますが、制御が困難です。トラップイオン、中性原子、光子などの代替手段はより安定していますが、速度が遅く、大規模システムに接続するのが困難です。

イギリスのユニバーサル・クォンタムのCEO、セバスチャン・ヴァイト氏は、政府の資金調達決定により、競争相手が数社に絞られる可能性が高いと述べています。国防総省の研究機関であるDARPAは、実用的なシステムへの最速の経路を特定するためのレビューを開始しました。

AmazonとMicrosoftは、エキゾチックな物質状態を含む新しい量子ビット設計を実験しており、確立されたプレイヤーは古い技術を継続的に改良しています。「難しいからといって、できないわけではありません」と、Horvath氏は業界の100万量子ビットの目標達成への決意を要約し述べています。