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EeroQ、「Wonder Lake」量子プロセッシング・ユニット・チップをテープアウト

シカゴを拠点とする量子ハードウェアスタートアップのEeroQ社は最近、同社の量子プロセッシング・ユニット(QPU)チップのテープアウトに成功したと発表した。コードネーム “Wonder Lake”と呼ばれるEeroQのQPUは、米国の半導体製造ファウンドリーでテープアウトされた。CMOS(相補型金属酸化膜半導体)製造アプローチを採用し、標準的なチップ製造の知識を深く取り入れているため、同社はヘリウムベースの量子ビットが、他の量子ビット製造アプローチよりもはるかにスケーラブルであると主張している。

量子ビットは、量子領域における計算の単位であり、最適化問題、材料物理学、化学などの特定のタスクにおいて、桁違いの処理能力を発揮することが期待されている。

「このスケーリングアーキテクチャは、今日の標準的なチップ製造プロセス(CMOS)との互換性に必要な厳格な設計チェックに合格しています」と、EeroQのCEOであるNick Farina氏はブログ投稿で述べている。

2,432個のヘリウム電子量子ビットは、最も高密度なQPU設計のひとつである。1999年に提案されたEeroQの量子技術は、液体ヘリウム(eHe)プールの上に浮遊する孤立電子スピンの量子化に基づいている。

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(Credit: EeroQ)

ここでいう量子化とは、「量子ビットに変換する」ことであり、粒子や既存の物質が利用され、利用可能な計算単位になることを意味する。この場合、この技術は「リュードベリ状態」として知られる効果を利用している。リュードベリ状態は、浮遊する電子の運動(物理学ではスピンと呼ばれる性質)を、量子コンピューティングで許容される0、1、およびその間のすべての計算可能な表現に変換する。

EeroQの量子プロセッシング・ユニット(QPU)の製造方法も有望で、半導体業界がCMOS技術で培ってきた数十年のノウハウを活用している。IntelがTunnel Falls QPUでやろうとしていることと同じように、このアプローチによって、同社は技術の基礎となる、よく知られている既存の技術を利用することができる。EeroQの仕様に合わせてエッチングされたウェハーは、同社の研究所を通過し、液体ヘリウムの層が塗布され、電子が目的に応じてエッチングされたリザーバーに蒸着される。小さな磁気バンプによって、ヘリウム層の上に浮遊する電子(CMOSリザーバーによって所定の位置に保持される)はスピン状態を初期化することができる。その後は、チップの回路内に収まる量子のワークロードを起動させるだけだ。EeroQによれば、CMOS技術を使用することで、製造に関連する量子ゲートエラーは最終的にわずか0.01%になるという。これを量子歩留まりと呼ぶ。

もちろん、すべての量子ビットが同じではないので、IBMなどの超伝導量子ビットと比較することはできない。EeroQ社によれば、同社のヘリウム電子量子ビットは、高次の量子ビット接続性により、10秒以上の極めて高いコヒーレンスタイムアウトを実現する。さらに、EeroQ社によれば、ヘリウム層を移動するその量子ビットは、エラー訂正メカニズムを適用するためのオーバーヘッドを50%削減するという。

エラー訂正は現在、量子コンピューティングの聖杯と考えられており、エラー訂正につながることを期待するエラー緩和の分野で真剣な研究が行われている。とはいえ、同社はCMOSベースのQPUから実際の有用性を引き出そうとしている。現時点では、ポストNISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)の未来に必要な足がかりとなる2量子ビットのゲート設計をまだ実証していない。

量子コンピューティングはまだ黎明期にあるため、量子ビットの品質やどの技術がベストかという議論ではなく、量子ビットのアプローチには大きな違いがあるという認識である。しかし、同社は、自社のWonder Lakeチップがいかに効率的であるかに注目するよう呼びかけた

「有用な量子コンピューターを作るには、2つの特に困難な部分があります:高品質の量子ゲートとスケールへの道です。私たちの最新の研究により、スケーラビリティの分野でリーダー的存在になれたことを誇りに思います。エラー緩和やより効率的なアルゴリズムにおける最近の進歩とともに、私たちは、商業的な量子の未来が予想よりも早く実現するのを見ることができます」と、Farina氏は述べている。

EeroQが言うように、彼らの主な利点は、量子コンピューティング技術を逆に考え、物理的に探索できる限られたコンピューティング・リソース(通常は1~2量子ビットゲート)から有用性を引き出そうとする前に、多量量子ビット相互作用を達成することに集中したことである。スケーリングに焦点を当てた結果、同社は1チップあたりわずか30本の制御線しか必要としない量子ソリューションを構築することができた。これは、例えば超伝導量子ビット・システムで必要とされる制御の複雑さを著しく軽減するものである。その結果、コンピューティング・エリア・コストや制御システムの高価さといったコスト削減が可能になる。


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