カスタム量子プロセッサユニットの準備をしよう

企業が技術の最先端で開発を進めたい場合、基礎から多大な開発が必要になります。量子コンピューティングの領域でも、これは変わりません。この技術分野で活動したい企業は、ほぼすべてを一から構築しなければなりません。しかし今日、業界は量子デバイスの開発を加速するための重要な一歩を踏み出しました。

2022年3月28日、オランダのQuantWare社は、興味を持つ顧客がカスタム25キュービット量子処理ユニット（QPU）を購入できることを発表しました。これは、Contraltoと名付けられました。これは、2021年7月に5キュービットのオフ・ザ・シェルフプロセッサーを発表したことに続くものです。同社は、カスタムContraltoデバイスを製造、パッケージングし、顧客に30日以内に配送できると主張しています。これは、最も厳しい計算問題のいくつかを解決する可能性を持つ新興産業にとって、前進するための説得力のある一歩です。

この発表は魅力的であり、量子デバイスのアイデア全般もそうですが、このような発表は全体としての量子技術の現状に対して評価されるべきです。半導体ダイ上にキュービットを配置することを超えて解決すべき大きな課題がまだありますが、業界は最終的に標準化と商業化につながる、古典的なコンピューターで見られたおなじみの傾向に従っています。

QuantWareの25キュービット量子処理ユニット

QuantWareからの新しいContralto製品は、今日の量子コンピューターとのインターフェースに必要な標準的なパッケージングで提供されます。これには、システム内外へのRF信号を供給するためにパッケージの上部に配置された同軸コネクタの配列が含まれます。「標準的なパッケージング」と言うとき、BGAsやSOICコンポーネントの話ではありません。新しいプロセッサは、以下に示すパッケージに似ています。

この製品が見た目の良い平面パッケージで提供されるからといって、それを単に回路基板に載せることができるわけではありません。まず克服しなければならないいくつかの課題があります：

• キュービットを使用して量子回路を設計する方法を知っていなければなりません。これは、標準的なプロセッサで使用される典型的な順次/組み合わせ論理とは異なります。
• これらのデバイスは極低温で動作するため、システムの一部を適切な温度で保つためには、クライオ冷凍ユニットが必要になります。
• キュービットの状態を調べるために必要な制御および読み出しシステムは含まれていません。現時点では、これらはすべてオフ・ザ・シェルフのハードウェアではなく、カスタムビルドされています。

まだ量子スマートフォン用のチップを購入する段階には至っていませんが、これは業界にとって重要な発展を表しており、量子プロセッサが従来のプロセッサと同様の開発と商業化の傾向に従うかもしれないことを示しています。

これは、25キュービットで何ができるか、という疑問を投げかけます。これは大量の計算能力ですか？正直なところ、今日のサーバーファームやスーパーコンピューターと比較すると、それほど大きな計算能力ではありません。しかし、そのような小さなパッケージでそれだけのキュービットパワーにアクセスできることは、これらのチップを重要なR&Dツールにし、開発者がはるかに現実的なアプリケーションに向けて構築するのに役立ちます。

量子の成長痛

どのような見方をしても、量子コンピューティングの未来は明るいままです。市場の成長、技術開発、そしてこれらの技術のアプリケーションの幅広さの点でです。現在の市場規模の推定は、2024年までに8億3000万ドルから50億ドルに及びます。ウォールストリートも量子コンピューティングゲームに飛び込んでおり、最もよく知られている量子コンピューティングのスタートアップのいくつかは、2021年に数十億ドルのSPAC合併を通じて公開されました。

過去数年間にわたる成功、量子レーダーのもつれから量子インターネットの基盤を築くことに至るまで、技術が過大評価されていると考える懐疑論者もまだいます。QuantWareの発表と同じ日に、MITは「量子コンピューティングはハイプの問題を抱えている」と題された意見記事を公開しました。これは、メリーランド大学（カレッジパーク）の凝縮物質理論センターのディレクターである著名な物理学者、サンカール・ダス・サルマによって書かれました。サルマ博士の記事は、QuantWareのプロセッサーのようなものを数十億のキュービットにスケーリングアップする際の課題を強調することによって、現在の量子技術の現実に私たちを戻そうと試みます。特に彼は次のように書いています：

Dr. Sarmaの引用した発言には大まかに同意しますが、現在の量子プロセッサのアーキテクチャではスケーリングが難しいからといって、量子技術が全てが誇大宣伝で実質が少ないという考えには反対します。1950年代にフェアチャイルドでモノリシック集積回路が開発されていた時や、2002年にインテルのCTOであったパット・ゲルシンガー（現CEO）が当時のCPUアーキテクチャをスケーリングすると、核反応炉以上の熱を発生させるだろうと指摘した時に、もしそのような態度を取っていたらどうなっていたでしょう。明らかにスケーリングには課題がありますが、現在存在するスケーリングの課題に基づいて将来の量子コンピュータの実現不可能なビジョンを外挿するのは公平ではないと思います。

技術が過大評価されていると思うか、それとも世界を変えるものだと思うかにかかわらず、業界は印象的な速度で量子開発を進めています。これまでのところ、市場はいくつかの大手と多くの革新的なスタートアップで点在しています。量子情報システムをサポートする開発ツールや業界の取り組みには以下のようなものがあります：

• 量子プログラミング言語、例えばQ#、QISKit、Pytket
• 量子アプリケーションスタック全体の開発
• IEEE、ISO、IECなどの標準化団体による性能、用語、進化の標準化
• アプリケーション開発のためのクラウド上での量子計算時間へのアクセス

上記のリストからわかるように、欠けているのはハードウェアだけです！他の企業は、プロセッサーのキュービット数をはるかに高く目指しています。例えば、IBMの433キュービットのOspreyプロセッサーは今年市場に出る予定で、1,121キュービットのCondorプロセッサーは2023年に登場が予想されています。量子コンピューティングの聖杯とされる100万キュービットは、量子コンピューティングスタートアップPsiQuantumによると、データセンターと同じくらいのスペースを占めると考えられています。

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