マイクロソフトは、量子コンピューティング用のCMOSベースのチップの開発に向けた取り組みが進展したと発表した。
相補型金属酸化膜半導体（CMOS）技術（集積回路の製造プロセス）は、様々なコンピュータ部品の製造に用いられています。量子コンピュータを開発している科学者の多くは、液体核磁気共鳴やイオントラップといった、これまで研究されてきたより特殊なメカニズムに頼るのではなく、この馴染みのある手法を用いて量子ビット（キュービット）を実現するマシンを構築することを望んでいます。
量子コンピュータにおける量子ビットは、古典コンピュータにおけるバイナリビットのように、計算のために測定される状態です。量子ビットは量子系の状態を表し、電子のスピンや光子の偏光といった素粒子を測定することで決定できます。
シリコンベースの量子コンピュータのアイデアは、当時オーストラリアのニューサウスウェールズ大学の研究者だったブルース・ケイン氏が1998年に発表した論文に遡ります。しかし、実用的な実装の開発は困難を極めました。CMOSコンポーネントは熱を放出しやすく、それが量子ビットの動作に悪影響を及ぼすからです。シリコンを用いた最初のプログラム可能な量子プロセッサは、2018年にオランダの研究者によって発表されました。
実用的な量子コンピュータは誤り訂正なしには実現不可能だ。これらの人々が取り組んでいるのは良いことだ。
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このようなマシンの量子ビットは、ほぼ零ケルビンの温度で保存する必要があるため、各量子ビットに大規模な冷却ハードウェアと配線が必要とされてきた。研究者が開発を目指す汎用量子コンピュータに必要な量子ビットの数とほぼ同数の、数百万個もの量子ビットが必要になると、これは問題となる。
マイクロソフトとオーストラリアのシドニー大学の研究者らは、今週ネイチャー・エレクトロニクス誌に発表された論文の中で、数千の量子ビットをサポートできる「グースベリー」と呼ばれるチップを開発した経緯を説明。これはIBMが昨年宣伝した65量子ビットの設計を大幅に上回るものだが、実際にはそのようなデバイスは作られていない。
「このプラットフォームを動かすチップ『Gooseberry』は、100ミリケルビン（mK）で動作しながらも消費電力を十分に抑えることで、量子コンピュータのI/Oに関するいくつかの問題を解決します。この温度では、市販されている標準的な研究用冷蔵庫の冷却能力を超えません」と、マイクロソフトの量子ハードウェア担当ゼネラルマネージャー、チェタン・ナヤック氏はブログ記事で説明しています。「これにより、冷蔵庫に何千本もの配線を配線するという、本来であれば克服できない課題を回避できます。」
マイクロソフトのGooseberry量子チップ…クリックして拡大
シドニー大学のデイビッド・ライリー教授率いる研究者たちは、量子スタックのグースベリー層の上に配置され、量子層からの情報を中継するクライオコンピューティングコアも考案した。このコアは汎用CPUで、100mK（ミリケルビン）よりも高いものの、それでもかなり低温（2K）で動作するように設計されている。ナヤック氏によると、このコアはいくつかのトリガー機能、データ処理、分岐判断ロジックを処理するため、より多くの回路ブロックとトランジスタが必要となる。
「コアは、Gooseberry と開発者が記述できる実行コードとの間の仲介役として機能し、量子ビットと外部世界との間でソフトウェアで構成可能な通信を可能にします」と Nayak 氏は説明します。
同様に、この研究は機能的で汎用的な量子デバイスへの中間的な一歩を踏み出したと言えるでしょう。ナヤック氏は、エラー訂正など他のブレークスルーも必要だと認めつつも、マイクロソフトは長期的な取り組みを続けていると主張しています。®
