インテルラボは本日午前、QuTechと共同開発した新型極低温制御チップ「Horse Ridge」の詳細を発表しました。このチップは、量子コンピュータの商用化への道を開くものと期待されています。数百本の配線を単一の統合SoCに置き換えることで、量子システム設計における相互接続のボトルネックを解消し、量子コンピュータが現実世界の問題を解く量子実用化に向けて、インテルは量子ビット数を拡大することが可能になります。インテルによると、これはこの種の量子制御チップとしては初の製品です。
相互接続ボトルネック
今年初め、Googleは53量子ビットの量子コンピュータで量子超越性を実証したと主張しました。これは、量子システムがあらゆる（スーパー）コンピュータよりも速く問題を解いた初めての事例です。しかし、Intelによると、現実世界の問題を解く大規模で商業的に実現可能な量子システムには、少なくとも数千量子ビットが必要であり、同社はこれを「量子実用性」と呼んでいます。Intelが主に注力しているのはまさにこの分野です。
しかし、実用的に有用な量子コンピュータを実現（そして商用化）し、完全なハードウェアとソフトウェアのスタックを開発するという目標に向けて、インテルは相互接続と制御電子機器が大きなボトルネックになっていることを認識しています。インテルによると、これまで研究者たちは既存の電子機器とラックスケールの機器を用いて、極低温冷却された量子システムを、システムの制御とプログラミングに用いられる従来の電子機器に接続してきたとのことです。
これらの電子機器は個々の量子ビットを制御するように設計されているため、極低温冷凍機との間で数百本の相互接続配線が必要になります。これは当然のことながら、システムの量子ビット数増加への拡張性を阻害し、高度な信号処理技術を備えた統合ソリューションの必要性を生み出します。Intelは、Horse Ridgeでこの問題を解決したと主張しています。
ホースリッジ
インテルは、オランダのデルフト工科大学QuTechの研究協力者と共同でHorse Ridgeを開発しました。Horse Ridgeは、インテル独自の22FFL FinFETプロセスで製造されています。これは、レイクフィールドにあるインテルの3DスタッキングFoverosテクノロジーにも使用されている22nmプロセスの最新版です。
Intel は Horse Ridge を通じて、テストを大幅に高速化し、量子コンピューティングの可能性を実現できるスケーラブルな制御システムを開発しました。
ジム・クラーク、量子ハードウェア担当ディレクター
インテルは、Horse Ridgeを量子デバイスの可能な限り近くに設置する高度に統合されたミックスドシグナルSoCと説明しています。Horse Ridgeは冷蔵庫内に設置されるため、約4ケルビンの極低温で動作するように設計する必要がありました。その結果、量子制御エンジニアリングの複雑さは数百本のケーブルから単一の統合パッケージにまで削減され、インテルはこれをこの種のものとしては初の成果であると主張しています。
これは、相対的に言えば、今日の量子コンピュータが動作する温度よりもかなり高い温度です。超伝導量子ビットをベースにした現在のシステムは、ミリケルビン（約100万℃）の範囲で動作します。インテルが研究しているシリコンスピン量子ビットは、約1ケルビン（約10万℃）と、わずかに高温で動作する可能性があります。（これは、CMOS製造能力の活用に加え、インテルがスピン量子ビットに関心を持つもう一つの理由です。）インテルは、最終的に両方のチップを同じ温度で動作させることを目指しています。これにより、インテルはパッケージングと相互接続のノウハウを活用し、量子ビットと制御を1つの合理化されたパッケージにまとめたソリューションを開発できるとインテルは述べています。
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インテルはさらに、その動作について次のように説明しています。「冷蔵庫内で動作する量子ビットを制御する無線周波数（RF）プロセッサとして機能するように設計されたHorse Ridgeは、基本的な量子ビット操作に対応する命令でプログラムされています。これらの命令は、量子ビットの状態を操作できる電磁マイクロ波パルスに変換されます。」
全体として、Horse Ridgeは複数の量子ビットの制御を可能にし、より大規模なシステムへの拡張への明確な道筋を示すとIntelは主張している。現在、Intelは世界最多の量子ビット数を誇るシステムではないものの（CES 2018でTangle Lakeを発表して以来、Intelは依然として49量子ビットを維持している）、Horse Ridgeとその自社製造体制は、商業化と量子実用化に向けた「マラソン」と呼ぶ取り組みにおいて、優位性をもたらす可能性がある。Googleは今年初めに同様の極低温ICを開発しているが、IntelはHorse Ridgeが複数の種類の量子ビット（超伝導量子ビットとシリコンスピン量子ビット）を制御するように設計された初の極低温チップであると主張している。
ホースリッジはオレゴン州で最も寒い地域のひとつにちなんで名付けられました。
