実用的な量子コンピュータ開発の世界的な競争が大きく前進

より大きく優れた量子コンピュータを構築するための世界的な競争において、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、原子や亜原子レベ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ています。このようなマシンのさまざまな設計の中でも、Heliosはトラップイオン型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、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である98量子ビット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型量子コンピュータとなりました。英国ケンブリッジとコロラド州ブルームフィールドに拠点を置く、このデバイスの開発元である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初期のマシンを実証しました。

Heliosとその前身モデルは、量子情報の保存と処理のための領域が分かれたアーキテクチャ（または動作構造）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（バラ飾り）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（流路）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、帯電した物体（イオン）を電気的に保存領域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とオフが切り替わ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。

誤り訂正

Heliosで使用されているタイプの雛形となった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。

ゲートは、量子ビットに対して動作する量子回路の基本的な構成要素です。QCCDアプローチの利点の1つは、特定の量子ビットに対して動作するゲートが隣接する量子ビットに影響を与えないことです。これにより「クロストーク」として知られる現象が軽減され、より高品質なパフォーマンスにつながります。

2つ目の利点は、計算中に量子ビットを測定してリセットできることです。これにより、計算における不可避なエラーを可能な限り早い段階で検出して修正することができ、これもパフォーマンスの向上につながります。