チップ上の量子コンピュータ：革命に備えよう

ルームスケールのシリコン技術がデスクサイズのマシンになったのと同じように、量子コンピューティングは、SFなどで見たことのあるルームスケールの装置からチップスケールになりました。

開発は、ケンブリッジ大学の量子専門家であるRiverlane社が、ニューヨークとロンドンに拠点を置くデジタル量子企業Seeqc社と共同で進めています。彼らは、ワークフローと量子ビット管理のための統合されたオペレーティングシステムを備えた量子コンピューティングチップを初めて導入しました（量子ビットとは、古典的なコンピューティングのトランジスタに相当しますが、量子状態を介して情報を瞬時に共有することができ、また0と1の両方を表現することができます）。前回、コンピュータ技術でここまでの小型化が実現したとき、コンピュータ革命が起きました。量子革命への期待が高まっている今、世界は新たな現実に対応していかなければなりません。

この新しいチップは、スケーラブルな量子コンピューティングの先駆けとなるもので、両社は、表面積と量子ビット数を増やすことで設計を拡大したいと考えています。その目的は、量子ビット数を数百万にすることです。これは、中国が量子の覇権を握った76量子ビットのシステム（比較的小さいが、それでも驚くほど複雑なシステム）の現在の最大値とは比べものになりません。もちろん、量子ビット数の増加以外にも、スケールアップの方法はあります。複数のチップを1つの自己完結型システムに搭載したり、複数のシステムを相互に接続したりすることで、より簡単に量子コヒーレンシーを得ることができます。そのためには、量子OSが必要不可欠です。それがDeltaflow.OSです。

Deltaflow.OSは、ハードウェアやプラットフォームにとらわれないOS（スマートフォン、IoT、スーパーコンピュータなどあらゆる機器に搭載されているLinuxをイメージしてください）であり、現在世界中で進められているさまざまな量子展開技術の制御機構として機能することを意味します。Google、Microsoft、IBMなど、複数の独立した企業が量子の覇権を目指している中で、リバーレーン社のDeltaflow.OSは、Githubで公開されているオープンソースのOSであり、市場への浸透に向けてオープンなアプローチを取っています。

すでに世界中で構築されている50台以上の量子コンピューターは、すべて独自に開発されたソフトウェアで動作しているので、これは理にかなっています。量子コンピュータはまだ発展途上の分野であり、導入や制御システムに関する標準規格もありません。中国の76量子ビットシステムでは、古典的なTuring型スーパーコンピュータの数百万倍の速さで、特定のワークロードを処理することができます。

これを実現するために、リバーレーン社は、古典的な計算能力と量子力学を組み合わせた、層状のDQM（Digital Quantum Managament）SoC（System-On-Chip）を効果的に作成しました。同社の図では、SFQ（Single Flux Quantum）コプロセッサと呼ばれるものがデザインのベースレイヤーとして示されます。これにより、量子ビットとのインタラクションのための比較的馴染みのあるインターフェースでOSを開発者に公開することができます。これにより、"デジタル量子ビットの制御、読み出し、古典的なデータ処理機能を実行し、エラー訂正のためのプラットフォームにもなる "という機能が提供されます。

SFQのリソースは、「（中略）低温環境下で量子ビットチップと近接して配置・統合されているため、入出力接続の複雑さが大幅に軽減され、高速・高精度・低ノイズのデジタル制御と読み出し、エネルギー効率の高い古典的な共同処理のメリットが最大限に発揮される」という点で、アプローチから得られる利点は数多くあります。基本的には、処理部分が近ければ近いほど性能が向上するという、古典的なコンピューティングの考え方がまだ適用されます。これにより、OSの実行が可能となり、実際に計算を行うアクティブクビットシートの隣に重ねられます。

量子コンピューターは、新しい処理技術を開発する上での聖杯とされてきました。しかし、試みの複雑さは控えめには言えません。量子コンピューティングの物理学は、基本的には書きながら進めていくものであり、それは多くの技術やイノベーションの取り組みにおいて、ある意味では正しいのですが、この分野ほどそれが顕著な例はありません。

量子コンピューティングと古典的コンピューティングとの関係については、さまざまな疑問があります。Riverlane社とSeeqc社の努力により、量子コンピューティングのエコシステムは、量子コンピューティング・オン・ア・チップ・ソリューションの展開と運用に向けて、「針をそろえる」ことができるようになりました。