IBM、量子コンピュータの性能を
2倍に向上させるコンピュータ
2020-12-04 23:13:56
IBMの量子コンピューターは、通常のコンピューターとは全く異なる外観をしています。
スティーブン・シャンクランド /
IBMは、量子コンピューターの性能を昨年のモデルに比べて2倍に向上させ、革命的なマシンの実現に向けた重要な一歩を踏み出しました。しかし、これは第一歩に過ぎず、ライバルたちはビッグブルーの首を絞めています。
量子化されたコンピュータのデータ処理の基本となる要素を「量子ビット」と呼びますが、その数は多い方が良いとされています。しかし、熱などの外部からの影響を受けやすく、量子計算が狂ってしまうという難点があります。性能をより正確に測定するために、IBMは量子コンピュータが持つ量子ビットの数と実際に行っている作業の量の両方を反映するように設計された「量子ボリューム」と呼ばれるテストを作成しました。
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2019年、IBMは量子量32に到達し、今年は64に到達し、量子量を1年ごとに倍増させる計画に2年目を加えた。この指数関数的な進歩は、現在のコンピュータをより便利にするために重要であり、また、量子コンピュータが現在の研究用マシンを超えて真に実用的なものになるまで、関心を維持するためにも重要である。
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量子コンピューターは、ポータブルコンピューター、サーバー、スマートウォッチ、スマートフォンを駆動する従来の設計に取って代わるものではありません。しかし、その期待に応えてくれれば、現在のコンピュータでは全く手の届かない問題にも取り組むことができます。これには、新素材や医薬品、肥料製造などの化学プロセスの分子レベルでの開発、トラックのフリートを使った荷物の迅速な配送、より収益性の高い投資ポートフォリオなどが含まれます。
この技術は、IBM、Google、Intel、Microsoftなどの大手企業が複数年にわたる大規模な投資プログラムを開始するのに十分な規模であり、多くの新興企業や、IT業界での地位を回復しようとしている興味深いプレイヤー、Honeywellも存在しています。しかし、私たちはまだ初期段階にあります。IBMが市場のリーダーであり、5月に18台の量子コンピューターが稼働したのに対し、現時点では22台しか稼働していません。
量子コンピューターの競争が始まった。
今年初め、ハネウェル社は64量子ボリュームレベルでIBMを抜いたと発表しました。 この分野は大学的でやや学術的なものですが、この動きは従来のIT産業の力学が危機に瀕していることを示唆しています。現在、最速の量子コンピューターを作るための競争が行われています。
量子コンピューターの競争が、他の多くの競争相手と異なるのは、競争相手が非常に異なるアプローチをとっていることです。馬と車、飛行機と自転車を戦わせるクエルスクのようなものだ。
量子コンピュータの進化
【１】グーグルの量子的な優位性は、情報革命の片鱗に過ぎない
【２】アマゾン、IBM、マイクロソフトが量子コンピューターへのグローバルなアクセスを急ぐ
【３】ハネウェル社、地球上で最速の量子コンピューターを発表
IBMのエントリーは、Google Quantum Computersと同様に、スーパーコンピューティング用の量子ビットを、この温泉よりも冷たい絶対零度の何分の1かの温度に冷却した設計を採用している。ハネウェル社のqubiTは、イオンと呼ばれる荷電粒子を含む「トラップ」のようにパッケージが異なります。インテルのアイデアはまだ成熟していませんが、電子を量子ビットとして使い、スピンという量子力学の特性を利用しています。マイクロソフトは、トポロジカル・クビットと呼ばれるアプローチで、クビットの脆弱性を解決したいと考えている。
しかし、誰もが量子ビットを必要としています。通常のコンピュータのビットは、0か1かの2つの状態のいずれかになりますが、量子ビットは、重ね合わせという量子物理学の現象により、2つの状態の組み合わせを登録することができます。また、「エンタングルメント」と呼ばれるものは、複数の量子ビットの状態を結びつけるもので、これにより量子コンピューターは、より多くの1と0の組み合わせを扱うことができます。
プログラマーは、ゲートと呼ばれる一連の変換によって量子ビットの状態を操作することで、量子コンピューターの動作を制御します。理想的には、このナッジが特定の質問に対する答えに徐々に導いていくことですが、すべてのIT課題がこのアプローチに適しているわけではありません。
もっと量子化してください
現在の量子コンピューターは量子ビットの数が少なく、IBMが量子ボリュームの性能テストに使用したコンピューターチップ「Quantum Falcon」でも27個しかありません。しかし、Hummingbird 53 qubitシステムのアップグレードなど、さらに多くの計画が進行中です。
"IBM Quantumの副社長であり、IBMが64の量子ボリュームを達成した方法を説明した論文の共著者であるジェイ・ガンベッタは、「IBM Quantum Hummingbirdの第2バージョンを間もなくリリースし、第1バージョンを大幅に改善する予定です。IBMのアプローチは、複数の量子プロセッサーをリンクさせることで成長していくだろう、と彼は付け加えた。
より多くの量子ビットを詰め込み、その安定性を確保することは、量子コンピューターの成功の基本です。あまりにも大きいため、現在の設計者は、数十個以上の実在する量子ビットをまとめて、計算エラーに対抗できる個々の「ロジック」量子ビットにする必要があると考えています。最低でも100万円程度です。
IBM Falcon Quantum Computing Chip gが1円玉の横に表示されている。
IBMリサーチ
Intel社は、IBM社の超伝導アプローチを2018年のプロセッサでテストしたと、Intel社の量子コンピューティング・ハードウェア担当ディレクターであるジム・クラーク氏は、Hot Chips Processor Conferenceで語った。しかし、このチップは従来のサーバーチップと同じ大きさであるため、高価になってしまうとのこと。インテルは、より多くの量子ビットをチップに搭載できるという理由から、スピン量子ビットを選択しました。
ハネウェル社は、イオントラップのデザインが多くの量子ビットを受け入れることができると主張しており、IBM社のペースよりもはるかに速く、毎年10分の1ずつ量子量を増やしていくことを計画している。
ガンベッタは競合他社を排除していないが、彼らが自分自身を証明しなければならないと言っている。"スピン量子ビットを使った、完全で安定した、手頃な価格のシステムはまだありません。"ハネウェル社に関しては、ガンベッタはシステムの要素だけでなく、完全な性能を詳細に説明した記事を見たいと思っている。
合併症のコントロール
難しいのは、量子ビットを制御することと混乱させることは紙一重だということです。そのため、現在の量子コンピューターは遠隔操作でコントロールされています。従来のコンピュータは、量子ビットに制御情報を送り、その応答を大量の配線で読み取っていた。
Hot Chips」では、インテルやマイクロソフトの研究者たちが、この制御を、量子ビットを搭載した量子コンピューターチップに近い別のプロセッサーに移すことで改善する技術を開発したいと述べている。
右のような量子コンピューターは、まるでハイテクなシャンデリアのようだ。しかし、通信線が張り巡らされたそのデザインは、小型化によってチップがシリコンの塊になる前の、初期のクラシックコンピューターの不快な拡張性を反映している。
マイクロソフト
クラーク氏によると、インテルはホースリッジと呼ばれる第1世代の制御チップを作り、ホースリッジ2の開発に取り組んでいるという。
マイクロソフトはコントロールの問題にも取り組んでいます。オーストラリアのシドニーにあるマイクロソフト社の量子作業担当ディレクター、デビッド・ライリーは、「熱を加えずに制御チップを挿入するのがコツだ」と語る。仮に100万個の量子ビットを持ち、それぞれが1秒間に100万回の命令を受け取る量子コンピュータがあったとすると、1秒間に10億ビットのデータを処理できる制御チップが必要となり、それはかなり高温になるチップを意味します。
研究者たちが量子コンピューティングの正しいデザインを見つけようとする中で、量子コンピューティングの実験がさらに何年も続くことを期待しています。
「私の個人的な見解ですが、完璧なプラットフォームはまだ見つかっていません」とReillyは言います。
