研究者は、ダウンタイムがゼロのハイブリッド512量子ビット量子アレイを発表しました

シカゴ大学の研究者チームは、新しいハイブリッド量子設計のおかげで、前代未聞のキュービット密度を達成しました。2種類の量子ビットを活用して、研究者は512個の量子コンピューティングユニットを同じアレイに詰め込み、その過程で新しい記録を確立することができました。ただし、これらのキュービットのすべてが等しいわけではありません。これは仕様によるものです。この研究は、より効果的な量子スケーリングを可能にするために、ハイブリッド量子コンピューティング設計を最前線にもたらす可能性があります。

典型的なキュービットアレイはすべて、絡み合ったタンデムで動作する同じタイプのキュービットでできています（トラップされたイオン、トポロジカル超伝導体、またはフォトニクスに基づいているかどうかなど）。これにより、システム設計者は、キュービットのコヒーレンスの要件を合理化しながら、同じ手法ですべてのコンピューティングリソース（キュービット）を呼び出すことができます。特定のキュービットの実装は、特定の環境条件またはデータ収集条件に対してより敏感であるため、研究者および量子システム設計者は、それらの条件に対してシステムを強化します。

より制御可能な環境を促進することに加えて、同じキュービットタイプからアレイを構築することで、キュービットをさらに多くアドレス指定できるようになり、量子コンピューティング用に提案されたIBMワークユニットである高性能またはより複雑な回路レイヤー操作（CLOPS）のロックを解除できます。計算結果の測定を実行するとき、または一部のワークロードパラメータを更新する必要があるときに、問題が発生します。ただし、キュービットの環境のわずかな変化でさえ、壊滅的なデコヒーレンスを引き起こしたり、少なくとも計算にエラーを引き起こしたりする可能性があります。この問題は、同様のキュービットの配列で悪化します。単一のキュービットと相互作用すると、隣接するキュービットに意図しない波及効果が生じ、それらのコヒーレンスが破壊される可能性があるためです。

さて、同じアレイ内の2つの異なるタイプのキュービットをペアリングすると、他方のコヒーレンスに影響を与えることなく、測定と操作を実行できることがわかります。シカゴ大学の研究者は、セシウムとルビジウムの量子ビットが等しい部分（それぞれ256個、合計512個）が交互のパターンで配置されたハイブリッドアレイを作成しました。この堆積設計により、各原子は他の元素の原子に囲まれています。これらの各元素は相互作用のために特定のレーザー波長を必要とするため、これは、セシウム原子（またはセシウム原子のグループ）の状態の変更または読み取りが、ルビジウムベースのキュービットとの干渉を最小限に抑えながら実行できることを意味します。同じレーザー波長（逆もまた真です）。

「これらの実験を単一の原子で行うと、ある時点で原子が失われます」と、この研究の主任研究員であるハンネス・バーニンは述べています。「そして、最初に新しい冷たい原子の雲を作り、個々の原子が再びレーザーに捕らえられるのを待つことによって、常にシステムを再初期化する必要があります。しかし、このハイブリッド設計により、これらの種を別々に実験することができます。ある要素の原子を使って実験を行い、他の原子を更新してから切り替えると、常にキュービットを利用できるようになります。」

したがって、研究者の設計は、より高いキュービット稼働時間への扉を開きます。一方の原子セットは、もう一方の原子セットがリロードされ、後続のワークロードで供給されている間に計算に使用できます。これは、理論上のダウンタイムがゼロで、継続的に動作できる世界初のキュービットアレイであるため、それ自体が成果です。この研究はまた、より用途の広い量子コンピューティングシナリオへの道を開きます。異なるキュービット要素は独立して動作するため、アレイはキュービットの1つのグループがシステムメモリとして動作するように設計でき、もう1つのグループは一種のCPUとして使用され、前者に格納されたデータと結果に対して操作を実行します。研究が実際の製品に変換されるまでには時間がかかりますが（あるとしても）、読み取りの容易さを維持しながら、より重要なキュービット数のためにドアが半開きになっています。