IBMの新型「量子冷蔵庫」は深宇宙より約200倍冷たく、誤り耐性量子計算への道を拓く

IBMは、この分野最大のインフラのボトルネックの一つを解決するために、数百の量子コンピュータチップを連結するように設計された、新しいモジュール式の超低温システムを公開しました。

同社は、新しい「量子冷蔵庫」によって、2029年に世界初のフォールトトレラント量子コンピュータを実現できるとしています。これらの安定したシステムは、量子誤り訂正技術を使用してリアルタイムでノイズを修正し、中断することなく量子演算を実行します。

フォールトトレラントの達成により、コンピュータ科学者は幅広い分野における新たな研究を実施することが可能になります。化学、材料科学、理論物理学のいずれにおいても、研究者は、過度なエラーによって計算が無価値になることを心配することなく、現代のスーパーコンピュータの範囲をはるかに超える量子演算を実行できるようになります。

これまで、エラーが発生しやすい現在のシステムと、1億回の演算を完璧に実行できるフォールトトレラントな超電導量子コンピュータとの間に立ちはだかる最大の障害の一つは、インフラでした。IBMの担当者は、モジュール式で相互接続された量子冷蔵庫によってこの問題を解決したと述べています。

新しい極低温システムは、高さ8フィート（2.4 m）、幅8フィート、内部容量約9立方フィート（0.25立方 m）の個別のユニットで構成されています。

家庭用冷蔵庫のような外見で仕組みも似ていますが、理論上の最低温度である絶対零度に近い10ミリケルビン（マイナス459.65華氏、またはマイナス273.14摂氏）という低温に達することができ、これは宇宙空間よりも180倍以上低温です。

これらの極低温は、IBMの超電導量子プロセッシングユニット（QPU）が適切に動作するために必要であり、モジュール式の設計により、エンジニアはシステムの機能を拡張し、一度に一段階ずつ電力を供給することができます。

IBMの担当者によると、このマイルストーンは、科学者が別々の極低温モジュール間のQPU間の相互接続性を実証した初めてのケースとなります。

モジュール式量子コンピューティング

従来のコンピュータと同様に、超電導量子コンピュータは内蔵回路、つまり「ゲート」を使用して処理操作を行います。しかし、エンジニアが1つのチップに詰め込める量子ビットの数には限りがあり、IBMのアーキテクチャで適切に機能させるには、各チップを15 mK（マイナス459.64 F、またはマイナス273.14 C）未満に冷却する必要があります。

それは、量子ビットが本質的にノイズが多い、つまり従来のコンピューティングコンポーネントよりもはるかにエラーが発生しやすいためです。計算が失敗することなく量子ビット内の超電導金属の量子力学的特性を利用するために、科学者は熱や電磁波などの他の刺激からの干渉を最小限に抑える必要があります。