IBMは、単一の共有環境内で2つの極低温モジュールを統合し、冷却することに成功した。同社はこの成果を、最終的に数百個の量子チップを接続できる量子システムの拡張性を確保する上で極めて重要だと位置付けている。この成果は、IBMが2029年にIBM Quantum Starlingを納入するという計画を裏付けるものであり、同社はこのシステムが、エラー訂正、プロセッサ設計、復号化、およびシステム全体のエンジニアリングにおける進歩を取り入れた、世界初のフォールトトレラント量子コンピュータになると期待している。
IBMが開発した、耐障害性量子コンピューティングをサポートする拡張性とモジュール性を備えた極低温システムの内部構造。（写真提供：IBM）
2つのモジュールを組み合わせたシステムは、高さ8フィート以上、幅8フィート以上になります。初期テストでは、モジュールは5日以内に液体ヘリウムの温度である4ケルビンまで冷却され、その後すぐに15ミリケルビン以下に達しました。これは深宇宙の温度の180分の1以下です。各モジュールの真空筐体は、最も広く使用されているIBM量子システムよりも最大12倍の配線スペースを提供します。これは、個々のモジュール内およびリンクされたモジュール間でのチップ間接続の密度を高めることを目的とした設計変更です。
これらのモジュールは箱型のデザインを採用しており、複数のユニットを密接な列に接続できる。このレイアウトと、内部配線スペースの拡大により、IBMのLカプラ技術を介して量子プロセッサを直接接続することが可能となる。Lカプラは個々の量子チップを接続し、情報交換や連携動作を可能にすることで、より大規模な量子コンピュータの構成要素として機能する。
1,000個の量子ビットを連結する
IBMのロードマップでは、L型カプラを用いて複数のプロセッサを接続し、2027年までに少なくとも1,000個のプログラマブル量子ビットからなる複合システムを構築することを目指している。プログラマブル量子ビットとは、計算に直接適用できる量子ビットのことである。この取り組みの一環として、IBMは今年後半にQuantum Nighthawkプロセッサを極低温モジュールに搭載し、性能テストを継続する予定だ。Starlingが実用化される際には、各極低温モジュールに数千個の量子ビットを搭載する計画である。
IBMは昨年、Starling計画の概要を初めて発表し、耐障害性に必要な物理リソースのオーバーヘッドを大幅に削減するように設計された誤り訂正符号を紹介した。この発表以来、同社はコアハードウェアコンポーネントのデモンストレーションや、より効率的な誤り訂正復号化の進歩など、継続的な進捗状況を報告している。
IBMが開発した、耐障害性量子コンピューティングをサポートする拡張性とモジュール性を備えた極低温システムの内部構造。（写真提供：IBM）
開発サイクルの加速
「耐障害性量子コンピュータを産業界に導入するには、いくつかの根本的な進歩が不可欠です」と、IBMリサーチのディレクター兼IBMフェローであるジェイ・ガンベッタ氏は述べています。「これらの極低温モジュールの接続と動作が成功したことは、その方向への大きな前進を示すものであり、量子ハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズムにおける継続的なイノベーションと相まって、私たちの進歩を加速させるでしょう。」
IBMは、モジュール式の極低温アーキテクチャによって開発サイクルが加速すると見込んでいます。System Two環境の3つのコアコンポーネントは、新しいモジュール設計に組み込まれており、各コンポーネントを単一の統合ユニットの一部としてではなく、個別にテスト、改良、反復することが可能です。IBMは、モジュール統合の完了を、公表済みの量子コンピューティングロードマップを着実に実行し、耐障害性量子コンピューティングへの道のりにおける新たな技術的ハードルをクリアした証拠として位置付けています。
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