量子ビットの探求について: さまざまな種類の量子スタートアップの説明

量子スタートアップが構築に使用しているいくつかのテクノロジーの概要

何百ものヨーロッパの新興企業が量子に取り組んでおり、この分野に大量の新鮮な現金が注入されているため、本格的な大規模な量子コンピューターを構築するための競争が続いています。

バイナリ ビット (0 または 1) で動作する従来のコンピューターとは異なり、量子コンピューターは複数の状態で同時に存在できるキュービット (量子ビット) を使用して、並列計算を可能にします。これにより、スーパーコンピューターでさえ処理できない問題を量子コンピューターで計算できる可能性があります。

「従来のコンピューターは、量子コンピューターよりもそろばんに近いものです」と、量子コンピューティングのスタートアップである Oxford Ionics の共同設立者である Chris Ballance 氏は述べています。

量子コンピューターを構築するには、原子、陽子、電子など、量子力学に従う原則として何でも選ぶことができます。UCL の教授であり、ロンドンに本拠を置く Quantum Motionの CTO である John Morton 氏は、次のように述べています。

私たちは現在、ノイズの多い中規模量子 (NISQ) の時代にいます。これは、量子コンピューティング技術がいくつかあることを意味しますが、問題をエラーなしで解決したり、従来のコンピューターよりも優れたパフォーマンスを発揮したりするほど高度ではありません。この時代を超えれば、人類は、金融や創薬から、気候変動を食い止めるための新しい材料の発見まで、アプリケーションを解き放つことができます。

そして、そこにたどり着く方法はたくさんあります。ヨーロッパの量子コンピューティングの新興企業が使用しているテクノロジーと、その仕組みの一部を以下に示します。

超伝導量子ビット

IBM や Google などで使用されている最も成熟したアプローチは、超伝導量子ビットです。基本的なレベルでは、 超伝導キュービットは、電流がその周りを移動することで超伝導になる (つまり、冷却されると電流を伝導できる) 金属で構成される回路ループです。それらは、それらを流れる電流を使用して、情報を保存および処理します。2019年にGoogleが量子超伝導を主張した際には53キュービットの超伝導デバイスを使用し、2022年にはIBMが433キュービットの超伝導プロセッサである 「 Osprey 」を発表しました。

英国では、Oxford Quantum Circuits (OQC) が Lucy という名前の 8 キュービット超伝導量子コンピューターを構築しました。同社の量子研究開発リーダーである Brian Vlastakis 氏は、その量子情報はすべて電気信号にエンコードされているため、他の電子機器に使用されているのと同じ回路を多数使用できると述べています。

Oxford Quantum Circuits が開発した量子コンピューター

このスタートアップは、2019 年からサービスとしての量子を提供してきました。たとえば、Lucy はクラウド (Amazon Braket) で利用できます。解決しようとしている」。

Vlastakis 氏は、OQC の技術に興奮している理由の 1 つは、「当社のアーキテクチャが信じられないほど柔軟であることです。基本的に、顧客にとってより適切に機能するように、さまざまな量子プロセッサのバリエーションを設計できます。」

長所：

• 最も成熟したアプローチの 1 つであり、すでに多くの研究開発が行われています

• 他の業界と同様の技術と材料を使用

• 量子ビットは動作時間が短いため、他の量子ビットよりも速く問題を計算できます。

• かなり簡単なアプローチ（量子で可能であれば）

短所：

• 動作には超低温 (絶対零度に近い) が必要であり、コストがかかる可能性があります。

• 各量子ビットはわずかに異なるため、調整が必要です

• これには、多くのエラー修正量子ビットまたはエラー修正技術が必要です

トラップされたイオン キュービット

もう 1 つの方法は、電磁界を使用して単一の原子を所定の位置に「トラップ」するトラップ イオン技術を使用することです。超伝導量子ビットとは異なり、トラップされたイオン量子ビットは互いに同一です。

英国に本社を置く Quantinuum の共同設立者兼最高製品責任者である Ilyas Khan 氏は、トラップ イオン デバイスには安定性と回路の深さという 2 つの利点があり、エラー率が比較的低いと述べています。ただし、この技術がどの程度拡張可能かは明らかではなく、この方法は超伝導よりも低速です。

「現時点では、何もできなければ速くても意味がありません」と Khan 氏は言います。

Quantinuum (および IonQ や Alpine Quantum Technologies などの他の企業) は、トラップされたイオンを制御するために複雑なレーザー システムに依存していますが、Oxford Ionics は標準的なシリコン チップに統合できる技術を使用しています。

バランス氏によると、Oxford Ionics の焦点は、量子ビット数を大幅にスケーリングするのではなく、非常に低いエラー率で少数の量子ビットを最適化することです。

「市場に出回っているほとんどの量子コンピューターは、エラー率のために、有用な計算に使用できるよりもはるかに多くの量子ビットを持っています」と彼は言います。「たとえば、IBM は 433 キュービットのデバイスを発売しましたが、それらをベンチマークすると、完全な 9 キュービット システムよりもパフォーマンスが劣ります」と彼は言います。「私たちの焦点は、これらの数少ない 100 キュービット デバイスにできるだけ早く到達することです。」

長所：

• 他の量子ビットよりも安定しており、エラー率が低い

• 室温で動作可能 (または、絶対零度よりもはるかに維持しやすい低温)

短所：

• 超伝導量子ビットより遅い

• イオンを「トラップ」するために真空が必要

• 技術がどの程度スケーラブルかは不明

シリコンベースの量子ビット

超伝導およびトラップされたイオン キュービットは、もともと研究室での物理実験でしたが、Morton 氏によると、Quantum Motion には別のアプローチがあります。それは、シリコンベースの量子キュービットです。

「究極的には、量子コンピューターが有用であるためには、多くの量子ビットが必要になると言っています。たくさん とはどういう意味ですか? まあ、数十万または数百万の量子ビットです」と彼は言います。「何百万ものものを作るテクノロジーは多くありません。その一例がシリコン トランジスタです。

「エラーを修正しようとしない場合、100 または数百の量子ビットで何か有用なことを実行できる可能性があるのは事実ですが、問題は、多くの問題を実行できるようにしたいということです。それらを何度も実行すると、最終的には多くの量子ビットが必要になります」と彼は付け加えます。

Quantum Motionのシリコンチップ

このスタートアップは、レーザーや高真空などの専門技術がはるかに少ない量子プロセッサを構築できるため、シリコンのアプローチがよりスケーラブルでコスト効率が高いことを望んでいます。Quantum Motion のアプローチは、非常に小型化された量子ビット密度を提供し、そのシリコンベースの量子チップは通常、直径数ミリメートルです。モートン氏は、チップの動作に必要な冷却システムは、標準の 19 インチ サーバー ラックと同様であると予想しています。

長所：

• あまり専門的な技術を使用しないため、コスト効率が高くなる可能性があります

• 理論的には数百万キュービットまでスケーリング可能

短所：

• スケーラビリティへの比較的新しいアプローチは実証されていません

• エラー率が高いため、有用性が制限されます

フォトニクス

もう 1 つのアプローチは、光の粒子から作られたフォトニック キュービットです。英国で設立された米国企業 PsiQuantum は、光子が 100 万キュービットに到達する唯一の方法であり、100 万キュービットが量子コンピューターを実用化する唯一の方法であると述べています 。

「光子を使用することに決めた場合、多くの利点があります。まず第一に、光子は質量も電荷も持たない量子粒子であるため、光子は他の種類の技術よりも妨害にさらされにくいことを意味します」と Marine Xech は言います。同じくフォトニクスに賭けているフランスの新興企業、クアンデラの最高経営責任者（CEO）であるガスパ氏。 「より具体的に言うと、室温で操作できます。特定の環境にいる必要がなく、エネルギー消費も少ないからです。」

クアンデラの量子コンピューター MosaiQ

別の新興企業 Nordic Quantum Computing Group も、光集積回路に基づく量子コンピューティング プラットフォームの開発を目指しています。

創設者兼 CEO の Axel P. Mustad によると、その焦点は 2 つあります。ハードウェア側では、量子ドットベースの単一光子源を使用し、ソフトウェア側では、フォトニック ハードウェアに実装できるアルゴリズムを開発します。特に、資本市場や金融サービス、エネルギーにおける困難な問題を解決するためのアルゴリズムです。管理と取引。

長所：

• 室温で操作でき、環境の影響を受けにくい

• 既存の光ベースのインフラストラクチャに統合可能

• 理論的には数百万キュービットまでスケーリング可能

短所：

• 比較的新しいアプローチ

他人

ハードウェアを構築する以外の他のスタートアップも、競争の重要な部分を占めています。

Steve Brierley は、ケンブリッジに本拠を置く Riverlane の創設者兼 CEO です。Riverlane は、さまざまなハードウェア企業が使用できるエラー修正レイヤー (さまざまな種類の量子ビットを使用) を構築しています。

「私たちはこれをオペレーティング システムと呼んでいます。オペレーティング システムはユーザーの複雑さを管理するからです」と彼は言います。「これは、量子ビットの上にある追加のファブリックのようなもので、計算中のエラーを実際に取り除きます。つまり、失敗する前に、はるかに長く、最終的には数兆回の操作を実行できることを意味します。」

ブリストルを拠点とする Phasecraft は、ハードウェア企業に提供するアルゴリズムに取り組んでいます。

「何か役に立つことをしたいのであれば、その量子コンピューターで実行する量子アルゴリズムが必要です。量子コンピューターは単に高速なコンピューターではなく、何か役に立つことをするためにそれらを最大限に活用するには、まったく異なる方法で考える必要があるからです。 Phasecraft の共同設立者である Ashley Montanaro 氏は次のように述べています。

「私たちは特に短期的な量子コンピューターについて考えています。つまり、私たちが現在持っている種類のマシン、または今後 2 ～ 5 年以内に手に入れる可能性のある種類のマシンです。」

量子の解読に近づいていますか?

最終的に、この初期段階では、あるテクノロジーが別のテクノロジーよりも優れていると主張することは不可能です。

「それは無謀であり、実際には誤解を招く可能性があります。特定のプラットフォームでの優位性を証明できるようになるには、何年もかかるでしょう」と Khan 氏は言います。「この瞬間を見て、魔法のように 2030 年に自分自身を運ぶことができるとしたら、それはレースやマラソンの 1 マイル目または 2 マイル目を測定するようなものです。」

しかし、彼が自信を持って言えることは、「初期の兆候は、さまざまなアーキテクチャが将来的に特定のタスクにより適している可能性があることです」.

「私の予想では、10年以内に多くのほこりが落ち着き、非常に明確になり、市場構造が変化し、多くのノイズと多くの異なるアプローチが生まれ、1つまたは2つの統合と安定化に至る.マスタードをカットするハードウェア プラットフォームと、特殊な他のいくつかのハードウェア プラットフォームです」と、Ballance 氏は言います。

資金調達と人材へのアクセスは、量子創業者の心にとどまっていますが、最大の戦いは、量子コンピューティングのスタートアップが直面している課題の規模です。

「これは月面着陸に相当します」と Brierley 氏は言います。「それはそのような規模と野心であり、それには多くの異なるスキルと専門知識とアイデアをまとめる必要があります. この問題を解決できる企業はないと思います。」

（リンク：https://sifted.eu/articles/quest-qubits-quantum-startups-explained/）