The Conversation：実用的な量子コンピュータ開発に向けた世界的な競争が大きく前進

Animesh Datta（University of Warwick 量子情報科学教授）による The Conversation への寄稿

より大きく、より優れた量子コンピュータを構築しようとする世界的な競争の中で、研究者たちは一歩前進しました。Helios と呼ばれる新しいマシンは、他の量子コンピュータと比較して根本的に異なるシステムです。

量子コンピュータは、原子や亜原子スケールでの物理学の仕組みを支配する法則である量子力学の力を利用します。このようなマシンのさまざまな設計の中でも、Helios はトラップイオン量子コンピュータであり、電磁場を使用して自由空間に浮遊させた帯電した原子を使用することを意味します。

これは 98 量子ビット（量子コンピュータがデータを処理するために使用する情報の単位）を使用して動作します。この量子ビット数により、これまでで 最大のトラップイオン量子コンピュータ となります。このデバイスを開発した Cambridge（英国）および Broomfield（コロラド州）を拠点とする企業 Quantinuum は、2023 年に 32 量子ビット、2025 年に 56 量子ビットで動作する以前のマシンを実証しました。

Helios とその前身モデルは、量子情報の保存用と処理用に別々の領域を持つアーキテクチャ（または運用構造）を使用しています。このアーキテクチャは QCCD（量子電荷結合素子）と呼ばれ、2002 年に発明されました。これは、ストレージ用のメモリ（ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ）と独立したプロセッサ（CPU、GPU）を持つ古典的なコンピュータのアーキテクチャに似ています。

Helios の特定の形状はロゼットに似ており、保存用のリングと処理用の2つのストリーマーがあります。重要な要素は、それらが交わる4方向の X ジャンクションです。QCCD は、電気的に帯電した物体（イオン）をストレージから処理領域へと物理的に輸送します。

処理はレーザーパルスを使用して行われます。これには、量子アルゴリズムをイオン輸送と量子処理に分割する必要があります。これは、量子ビットが空間に固定され、時間の経過とともにオン・オフされる電気信号によって処理が実行される超伝導量子ビットなどの他の量子コンピューティングアーキテクチャとは大きく異なります。

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誤り訂正

Helios で使用されているタイプのテンプレートである古典的な電荷結合素子は、初期のデジタルカメラの中心的なコンポーネントでした。現在、これらを量子計算に使用することには3つの主な利点があります。