UNSW、量子チップ向けに7nmシリコンDRAMのようなアーキテクチャを提案

オーストラリアの有数の量子コンピューティング研究大学であるニューサウスウェールズ大学（UNSW）は、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術に基づくシリコンベースの量子コンピュータプロセッサのアーキテクチャを提案した。これにより、量子チップと従来のチップの統合が容易になるはずだ。

量子コンピュータの到来

IBMとGoogleは、今後数年以内に商用利用可能な量子コンピュータを開発すると既に約束しており、これらのコンピュータは、多くのタスクにおいて量子超越性（地球上のどのスーパーコンピュータよりも速く特定の問題を解くこと）を達成するはずです。IntelやMicrosoftなどの他の大企業や、多くの政府も量子コンピュータの開発に関心を示しています。

しかし、最初の量子コンピュータはポケットサイズどころか、机上に置くのにも適さないでしょう。動作させるには、極度の冷却や高度なレーザーが必要になります。なぜなら、それが計算を動作させるために不可欠な量子ビットのコヒーレンスを、たとえ短時間であっても維持するための最良の方法だからです。

これらの方法は、数百万の量子ビットを持つ量子コンピュータを実現するには十分であるが、量子コンピュータを従来のコンピュータと接続するのは簡単ではない。これは、量子コンピュータを実際に利用するには必要となる。

量子超越性を達成してから今後10～20年は、量子コンピュータ単体ではあまり役に立たないでしょう。量子コンピューティングは理論上、従来のコンピュータでは指数関数的に時間がかかる問題を高速化できる可能性がありますが、そのためには依然として相当数の量子ビットが必要です。

例えば、数百量子ビットでは、人体全体を原子レベルでシミュレートすることはおそらく不可能でしょう。たとえ量子コンピュータがムーアの法則に倣い、D-Waveの量子アニーラーのように約2年ごとに量子ビット数を倍増させることができたとしても、数百万量子ビットを実現するには数十年かかるでしょう。

それでも、すべての問題が量子コンピュータで解けるわけではないので、依然として従来のコンピュータを使う必要があるでしょう。量子チップは、PCでリッチ​​なグラフィカルインターフェースを効率的に動作させるためにGPUを使用しているのと同じように、あるいはスマートフォンやデータセンターなどで機械学習アクセラレータが使われ始めているのと同じように、従来のコンピュータの「アクセラレータ」として使用される可能性が高くなります。

量子チップと古典チップの融合

ニューサウスウェールズ大学のエンジニアたちは、シリコンスピン量子ビットの並列アドレス指定のための初の実用的なアーキテクチャを提案しました。シリコンスピン量子ビットは、競合する量子コンピューティングアーキテクチャと比較して高い安定性が期待されるだけでなく、既存の製造プロセスに量子コンピュータを導入することも可能になります。

研究者らは、この種のチップは今後開発される7nmプロセス技術で構築できると述べているが、トランジスタが小さくなるほど強力な量子コンピュータの構築が容易になるという。しかし、DRAMのような20×24量子ビットアレイチップに実装できる480量子ビットに到達すれば、480量子ビットモジュールを単純に増やすことで量子チップの規模を拡大できるだろう。

研究者らはまた、1つの「論理量子ビット」を構築するには、複数の実量子ビットを用いた誤り訂正符号が必要になると述べた。これは現在、他のほとんどの量子コンピューティング開発者も使用している手法である。彼らはさらに、将来的には数百万量子ビットにも適用できる新しいタイプの誤り訂正符号を開発したと付け加えた。この手法は、シリコンに統合可能なこの種のものとしては初めてのものだ。

UNSWの量子コンピューティングチームは、2022年までに10量子ビットのシリコン量子チップを開発するために、大学、オーストラリア政府、および他の数社から8,300万ドルの資金提供を受けた。

それまでに商用量子コンピュータがいくつか登場し、研究者がクラウドにアクセスして主にデータセンターで利用できるようになるかもしれません。しかし、ニューサウスウェールズ大学が提案するシリコン量子チップは、数年後には私たちの一般的なコンピュータに搭載されるかもしれません。IBMやGoogleの量子チップは、その頃には数百量子ビットを搭載しているかもしれませんが、その性能には及ばないかもしれません。しかし、誰もが自分の量子コンピュータを持ち、将来のパーソナルAIアシスタントを強化するための道を開く可能性があります。