Googleの量子コンピューティング研究者らが、極低温でも動作するCMOS集積回路（IC）を開発したと報じられている。このチップは、同社の72量子ビット量子コンピュータの電力供給に現在必要な168本の同軸ケーブルを置き換えることを目的としている。
ケーブルからチップまで
量子コンピュータの量子ビット数が増加すると、それらの量子ビット同士を接続する回路の数も増加する必要があります。Googleの現時点で最も強力な量子コンピュータには72量子ビットしか搭載されておらず、既に2倍以上のケーブルが必要です。
Googleは、将来、世界最大の課題のいくつかを解決する量子コンピュータには、数百万量子ビットが必要になると考えています。量子コンピュータにとって、それらすべての量子ビットを接続するために使用するケーブルの数を増やし続けることは現実的ではないと言えるでしょう。
量子コンピュータのスケールアップを容易にするためには、すべてのコンポーネントが極低温で動作する必要があります。これには量子ビット間の回路も含まれます。ケーブルから完全にチップ上で動作する量子コンピュータへの移行の第一段階において、Googleのチームは、量子ビットを極低温でプログラムするための高性能で低消費電力のパルス変調器をICとして設計することができました。
熱放散の制御
極低温 IC の設計に携わったマサチューセッツ大学アマースト校の電気・コンピュータ工学准教授、ジョセフ・バーディン氏は、ケーブルから IC への移行における最大の課題は放熱であると語った。
量子ビットは 10 ミリケルビンの温度で動作しますが、制御回路は 4 K の範囲で動作していました。ただし、CMOS トランジスタは通常、200 度高い温度で動作し、このような低温で動作すると動作が異なり始めます。
もう一つの問題は、量子コンピュータ回路に必要なミリケルビンの温度範囲と比較して、4Kでさえも高すぎるという点でした。そのため、バーディン氏とGoogleのチームは、最終的にテストでわずか2mWしか消費しないIC設計を考案する必要がありました。
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バーディン氏はまた、量子コンピューターを数百万量子ビットまで拡張できるようにするには、極低温で統合する必要がある量子コンピューターのコンポーネントがあと 2 つあると述べた。それは、読み出しシステムと、パルス変調器の別の側面を制御する別のコンポーネントである。
量子コンピュータを開発している他の2つの大手企業であるインテルとIBMも、量子コンピュータをチップに搭載するという同じ目標に向かって取り組んでいると言われている。
