チップ上の量子コンピューティング：革命に備えよ

部屋規模のシリコン技術から机サイズのマシンへの移行に匹敵する勝利の瞬間として歓迎されている量子コンピューティングは、SF など他の場所で見たことがある部屋規模の装置からチップ規模にまで縮小されました。 

この開発は、ケンブリッジを拠点とする量子スペシャリストRiverlane社と、ニューヨークとロンドンを拠点とするデジタル量子企業Seeqc社の協力によって先導されています。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（量子ビットは、従来のコンピューティングにおけるトランジスタに相当しますが、互いにペアリングでき、量子状態を介して情報を瞬時に共有し、0と1の両方を表現できます）。コンピューティング技術においてこのレベルの小型化が最後に達成された時、コンピューティング革命が始まりました。今、量子革命への期待も高まっており、世界はこの新たな現実に適応していく必要があります。

この新型チップはスケーラブルな量子コンピューティングの幕開けとなるもので、各社は表面積と量子ビット数を増やすことで設計のスケールアップを目指している。目標は量子ビット数を数百万にまで引き上げることだが、これは現在運用されている最大値である（比較的小規模だが、それでも非常に複雑な）76量子ビットシステム（中国が量子超越性を主張することを可能にした）からは程遠い。もちろん、量子ビット数を増やす以外にもスケールアップする方法は存在する。複数のチップを単一の自己完結型システムに、あるいは複数の相互接続可能なシステムを介して展開することで、量子コヒーレンスへのより容易な道筋が開ける可能性がある。そして、そのためには量子OSが不可欠となる。そこで登場するのがDeltaflow.OSだ。

Deltaflow.OSは、ハードウェアやプラットフォームに依存しないOS（スマートフォンからIoT、スーパーコンピュータまであらゆるデバイスに搭載されているLinuxを想像してみてください）であり、現在世界中で開発が進められている様々な量子応用技術の制御メカニズムとして機能します。Google、Microsoft、IBMなど、複数の独立系企業が量子超越性の実現という聖杯を追い求めている中、RiverlaneのDeltaflow.OSはオープンソースでGitHubで公開されているOSであり、市場浸透に向けてオープンなアプローチを採用しています。

これは理にかなっています。なぜなら、世界中で既に構築されている50台以上の量子コンピュータはすべて、独自に開発されたソフトウェアで動作しているからです。量子コンピュータはまだ黎明期にあるため、導入や制御システムに関する標準規格は存在しません。容易に導入でき、ハードウェアに依存しない量子OSは、量子コンピューティングの強みを活用するアプリケーションの開発を間違いなく加速させるでしょう。中国の76量子ビットシステムでは、既に特定のワークロードを、最速の従来型チューリング型スーパーコンピュータが達成できるであろう速度よりも数百万倍も高速に処理することが可能です。

これを実現するために、Seeqcは、古典的コンピューティング機能と量子力学を組み合わせた階層型デジタル量子管理（DQM）SoC（システムオンチップ）を効果的に開発しました。同社の図は、設計のベースレイヤーとしてSFQ（単一磁束量子）コプロセッサと呼ばれるものを示しています。これにより、開発者は量子ビットとのやり取りに比較的馴染みのあるインターフェースを使用してOSを公開できます。これにより、「デジタル量子ビットの制御、読み出し、古典的データ処理機能を実行するだけでなく、エラー訂正のためのプラットフォームとしても機能します」。

このアプローチには多くの利点があります。SFQのリソースは「（…）極低温冷却環境において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、そしてエネルギー効率の高い従来のコプロセッシングの利点が最大限に発揮されます。」基本的に、処理パーツが近いほどパフォーマンスが向上するという、従来のコンピューティングの原則が依然として適用されます。これによりOSの実行が可能になり、OSは実際に計算を実行するアクティブな量子ビットシートの隣に配置されます。

量子コンピューティングは、長らく新たな処理技術開発における聖杯とされてきました。しかし、この取り組みの複雑さは軽視できません。量子コンピューティングの物理法則は、基本的に開発の過程で記述されていると言えるでしょう。これはある意味では事実ですが、多くの技術革新の取り組みにおいて、ここほどそれが顕著に表れている場所は他にありません。

量子コンピューティングと古典コンピューティングとの関係については、多くの疑問が存在します。RiverlaneとSeeqcの努力のおかげで、量子コンピューティングのエコシステムは「針を揃える」ことができ、量子コンピューティング・オン・チップ・ソリューションの導入と運用に関する問題を共同で解決できるようになりました。

Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。