メリーランド州に拠点を置き、デューク大学およびそのデューク量子センターと関係のある企業である IonQ は最近、従来のシリコンベースの設計に代わる、新しいガラスベースのトラップイオン コンピューティング チップの開発を発表しました。
このガラストラップ技術は、溶融シリカガラスにマイクロメートルレベルの精度でエッチングを施すことで実現され、このガラスに同社の新しいコンピューティングユニット（再構成可能なイオンベース量子ビットのチェーン）が組み込まれる。スケーリングの可能性は？現在の技術水準では、少なくとも3桁のスケーリングが可能だ。同社はこれまで、Microsoft Azure、Amazon Web Services、Google Cloudといった大手クラウドサービスプロバイダーにシステムを納入し、32量子ビットマシンを顧客に提供してきた。同社はこの新しいアーキテクチャを「再構成可能なマルチコア量子アーキテクチャ」（略してRMQA）と呼んでいる。
量子コンピューティングの未来に向けて、現在、様々なアプローチが検討されています。IonQは、量子超越性（従来のチューリングベースのコンピュータでは解けない問題が量子コンピューティングの皿に載せられる瞬間）の実現に向けて、トラップイオン方式を採用することを決定しました。これにより、数十億年もの歳月をかけて必要だった従来の計算が、ほんの少し前には存在しなかったような問題に、解決策が生まれるのです。
この分野を探求しているのは同社だけではありません。AQT、Honeywell、そしてOxford Ionicsの3社も、量子コンピューティングのスケーリングを可能にするために、トラップイオン理論に注力しています。このアプローチは、磁場を用いて電荷を帯びた原子（イオン）を特定の基板（この場合は密閉されたガラスチップ）上に保持することで機能します。この設計では、量子ビットは電子状態で保存されます。これにより、強力なレーザービームによって加速されたイオンが量子ビットと相互作用することが可能になります。
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IonQ は、このトラップされたイオンのアプローチ、特に新しいガラス トラップ技術を利用することで、現在知られている中で最も長い量子ビット寿命 (量子ビットの状態が自然にデコヒーレントになり、量子コンピューティングの目的に使用できなくなる前に) を実現できると主張しています。
同社によると、自然発生的な量子ビットを利用するこの量子ビットアプローチの利点はそれだけにとどまらない。他のアプローチでは量子ビットのスケーリングの可能性がはるかに低いのに対し、このアプローチでは多数の量子ビットを接続して連携させることができると主張しており、結果の忠実度は99.9%という驚異的な数値を誇っている。その一部は、この新しいガラスベースのアプローチによる直接的な成果である。IonQで蒸着ガラスアプローチに取り組むチームを率いたジェイソン・アミニ氏は、「イオントラップの目的は、[1]イオンを正確に移動させること、[2]イオンを環境内に保持すること、[3]量子演算の邪魔にならないようにすることです」と説明する。
IonQによると、溶融ガラスを用いたアプローチは、これら3つの側面すべてにおいて改善が実証されている。ガラスは優れた絶縁体として知られている。ガラスチップの特殊な設計は、レーザービームがチップ内部に吊り下げられた量子ビットイオン鎖と精密に相互作用できるように開発された。
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同社は現在、この新しいガラス質量子アプローチに基づき、合計64個の量子ビットを備えたチップを実証しています。同社の設計は比較的シンプルで、16個の量子ビットからなる4つの独立したチェーンがイオントラップ内に保持されています。しかし、このアプローチにはいくつかの注意点があります。これらの量子ビットのうち、実際に計算能力として利用できるのは48個のみです。残りの16個の量子ビット（16個のチェーンごとに4個）は「冷媒」イオンとして使用され、チップ内で発生する可能性のあるシステムの不完全性や変動を補正します。
しかし、これはAMDやIntelの古いチューリング方式でシステムを容易に拡張できることを意味します。イオンチェーンを保持できる表面積を増やすだけで、システム内の量子ビット数を容易に、しかも完璧なスケーリングで増やすことができます。IonQのCEO、ピーター・チャップマン氏は、「このアーキテクチャにより、単一チップ上で数百量子ビットまで比較的容易に拡張できます」と説明しています。
これにより、IonQは、集積フォトニクスを介して相互接続され、集中制御される量子チップを満載したラックの開発へと歩み始めました。「量子もつれが実現すれば、距離はもはや問題になりません」とチャップマン氏は言います。「チップ上に複数のチェーンが接続されていても、チップ同士が接続されていても、すべてがまるで一つの巨大な量子コンピュータのように機能します。」
IonQは、2021年夏の市場上場に向けてすでに手続きを進めており、評価額は推定20億ドルで、初の上場純粋量子企業となる道を歩んでいる。
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。
