IBMは本日、年次Quantum Summitにおいて、最新の量子プロセッサ（コードネーム「Eagle」）を発表し、その期待をさらに高めました。この新しい量子プロセッサは、100個を超える動作可能な接続量子ビット（正確には127個）を搭載した世界初のプロセッサです。
「『Eagle』プロセッサーの登場は、量子コンピューターが従来のコンピューターを実質的なレベルで凌駕する日に向けた大きな一歩です」と、 IBMのシニアバイスプレジデント兼リサーチディレクターのダリオ・ギル博士は述べています。「量子コンピューティングは、ほぼすべての分野に変革をもたらし、現代の最大の課題への取り組みを支援する力を持っています。だからこそIBMは、量子ハードウェア設計の急速な革新を続け、量子ワークロードと従来のワークロードが相互に強化し合う方法を構築し、量子コンピューティングの普及に不可欠なグローバルエコシステムを構築し続けています。」
システムの量子ビット（コア）の数が増えるほど、より複雑なプログラム（量子回路層）を実行できるようになります。IBMによると、Eagleは非常に先進的で、Eagleの127量子ビットの量子状態を従来のコンピュータで記述しようとすると、地球上の75億人全員の原子の数よりも多くのビットが必要になるとのことです。
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127量子ビットのEagle量子プロセッサ
IBM は Eagle の設計理念についてさらに詳しく説明しました。
計画中の1000量子ビット超のCondorプロセッサを含むプロセッサのバックボーンを形成できると確信している、高度な3Dパッケージング技術を含むプロセッサアーキテクチャを開発するために、IBM Quantumプロセッサの以前の世代で開発された技術を統合・改良する必要がありました。Eagleは、Falconプロセッサで初めて採用された重六角形量子ビットレイアウトに基づいています。このレイアウトでは、量子ビットは、まるでモザイク状の六角形の辺や角に配置されているかのように、2つまたは3つの隣接する量子ビットと接続されます。この接続性により、隣接する量子ビット間の相互作用によって発生するエラーの可能性が低減され、機能的なプロセッサの生産性が大幅に向上します。
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量子ビット数を増やすために、IBMのエンジニアたちは、量子コンピューティングの3つの側面、すなわちスケール、品質、速度の間の複雑なバランス調整を拡張する新たな方法を見つける必要がありました。スケールとは、特定のシステムに存在する量子ビットの数、つまり利用可能な回路層演算の複雑さを指します。品質とは、使用可能な作業を実行できる量子ビットの数を指し、これは量子体積によって表されます。そして最後に、量子システムの速度は、IBMがつい最近性能基準として提案した標準化されたCLOPsスコアによって表されます。
量子コヒーレンスを阻害する可能性のある要素の数を減らすため、IBMは量子ビットの配置を変更し、量子ビット制御に必要なコンポーネントの数を削減しました。量子コンピューティングシステムを構成するあらゆる要素は、必然的にシステムの不均衡に寄与します。量子ビット制御操作の影響を軽減するため、IBMの研究者はEagle量子プロセッサーの複数の層に制御配線を分散させ、量子ビットは独立した独立した層に保持しました。これにより、繊細な量子状態（地球上のいかなる古典的コンピューターでも記述できない状態）の不安定化を軽減できます。これにより、システムに格納できる量子ビットの総数を増やすことができます。
IBMの計画は大胆です。同社は量子コンピューティングを次世代コンピューティングとして明確に位置づけており、その主な動機は量子アドバンテージの実現です（量子アドバンテージとは、従来のコンピューティングシステムと量子コンピューティングシステムの間に明確な性能と複雑性の差があるコンピューティング状態を指します）。業界を定義する量子ボリュームの標準や、量子性能のベンチマークユニットとなることが期待されるCLOPの開発など、IBMはこの分野への貢献は既に計り知れません。そして、最初の27量子ビットFalconプロセッサーから毎年複雑性を飛躍的に向上させてきたことで、IBMは自ら設計したロードマップを実行してきました。このロードマップは、早ければ2023年に量子アドバンテージを実現することを目指しています。
IBMは、Eagleの127量子ビットから2022年までに433量子ビットの量子プロセッサ（Osprey）へと、利用可能な量子ビット数を1年で3倍に増やすと予想しています。IBMが2023年に発表予定の量子プロセッサのコードネームであるCondorは、早ければ2023年には1,121量子ビットを提供する予定です。IBMは2年後には、利用可能な量子ビットの総数を10倍に増やすと見込んでいます。
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IBMは量子コンピューティング分野への投資をさらに進めており、様々なパートナーとQuantum System Oneを展開しています。世界初の統合量子コンピューティングシステムと謳われるIBMのSystem Oneは、ドイツの有力科学研究機関であるフラウンホーファー研究機構（Fraunhofer-Gesellschaft）と日本の東京大学に導入されています。IBMは、米国のクリーブランド・クリニックにもSystem Oneを導入する予定です。さらに、IBM Quantumは本日、韓国ソウルの延世大学との提携を発表しました。これにより、学術界においてIBMの技術を活用した新たな量子コンピューティングシステムが研究されることになります。
同社は今、System Oneの自然な進化を発表しました。IBM Quantum System Twoはすでに開発中であり、量子コンピューティングの未来像を垣間見せてくれます。IBMによると、このシステムは、近々登場予定の433量子ビットのOsprey量子プロセッサーと、2023年登場予定の1,121量子ビットのCondorを搭載できるとのことです。IBMは、これらのシステムが待望の量子優位性の時代へと私たちを導き、System Twoが、グローバルサプライチェーンの物流調整からより効率的なバッテリーの設計に至るまで、あらゆる業界やセクターにおける問題解決の基盤に真に革命的な変化をもたらすと確信しているようです。
IBMのQuantum System Twoは、スケーラビリティを実現するモジュール性へのさらなる重点化をもたらします。IBMのQuantum System Twoは、モジュール式の次世代IBM量子コンピューティング製品の導入基盤として機能し、ある程度の拡張性と最新化を可能にすることを目指しています。
そのため、このシステムは、あらゆる機関が拡張に必要とする可能性のあるリソースを統合しています。これらのリソースには、制御電子機器（量子ビットの操作に必要）と極低温冷却（量子特性を発現させるために必要な氷点下温度を可能にする）が含まれます。同社は既に、100万量子ビットのシステムに適した冷却システムの構想を練っています。現時点での答えは、高さ10フィート（約3メートル）、幅6フィート（約1.8メートル）の「スーパー冷蔵庫」（社内コードネーム「Goldeneye」）です。これは、現在市販されているどの希釈冷凍機よりも大型です。
IBM は、Quantum System Two に関する計画をさらに明確にしました。
このシステムにより、ハードウェアに柔軟性がもたらされ、チップの規模拡大を継続することが可能になります。チームは、ハードウェアロードマップの進捗に伴い、今後発売予定のOspreyおよびCondorプロセッサだけでなく、将来の量子プロセッサをサポートするために必要なリソースを把握するために、包括的なシステムアプローチを採用しています。System Twoは、新世代のスケーラブルな量子ビット制御エレクトロニクスと、高密度の極低温コンポーネントおよびケーブルを統合しています。さらに、Bluefors Cryogenicsと共同で、極低温プラットフォームの再構築に取り組んでいます。Blueforsの新しいKide Cryogenicプラットフォームとその六角形のフットプリントは、冷蔵庫内のスペースを最適化し、大型プロセッサに必要なサポートハードウェアの増加に対応すると同時に、エンジニアが冷蔵庫内のハードウェアに容易にアクセスしてメンテナンスを行うことを可能にします。
IBM Quantum System Two は、追加の展開による拡張性も備えています。IBM は、複数の量子コンピューティング システムを同時にリンクする機能を導入します。これは、まず、より大規模な共有極低温ワークスペースを提供し、次に、複数の個別の量子プロセッサを実際にリンクすることによって実現します。
私たちは今、数十年にわたる科学的努力の集大成である量子コンピューティング革命の瀬戸際にいます。科学、そしてそれに伴うあらゆるものは、量子コンピューティングのメカニズムによって加速され、新たなカンブリア爆発の時代を迎えつつあるのかもしれません。IBMは、まさにその未来への道を先導することに熱心に取り組んでいるようです。
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。
