アマゾン ウェブ サービスは木曜日、「キャット キュービット」をベースにした量子コンピューティング チップ、Ocelot を発表した。
猫というあだ名は、エルヴィン・シュレーディンガーの有名な思考実験に由来する。箱の中に猫を入れ、その猫に装置を取り付けて、1時間後に猫を殺すか殺さないかの確率を等しくするという実験である。
この仮説シナリオのポイントは、量子システムの不確定性を説明することでした。つまり、箱が開けられるまで、猫は外部の観察者にとって生きているようにも死んでいるようにも見えるということです。これは、量子システムが測定されるまではあらゆる可能な状態に存在するのと同じです。
この類推は量子コンピューティングにも当てはまるかもしれない。量子コンピューティングは、生きていると同時に死んでいるのだ。
D-Wave社が商用化した量子コンピューティングの特殊な形態である量子アニーリングを除けば、現時点では汎用的な量子コンピューティング技術を実運用ワークロードに実際に活用している人はいません。しかし、Amazon、Google、IBM、Microsoftといった大手企業は、いつかそれが実現する可能性があると考えています。まさに量子クラウドの夢のフィールドです。料金を請求すれば、彼らは計算してくれるのです。
マイクロソフトは先週、マヨラナ1量子コンピューティングチップを披露し、そのトポロジカル量子ビットによって数十年ではなく数年で実用的な量子コンピューティングが実現可能になると豪語した。このIT大手の主張には依然として懐疑的な見方もあるが、先に進むために、そこに何かがあるとして仮定してみよう。
量子ビットは、状態を持つ量子力学システム（原子粒子を含む）であり、様々な形態があります。トポロジカル量子ビットは、物質、特にマヨラナ粒子の位相特性（要素の配置や接続方法）に基づいています。フォトニック量子ビットは、偏光や位相といった光の量子特性に基づいています。AWSは現在、トラップイオン量子ビットをベースとしたBraketと呼ばれる量子コンピューティング研究プラットフォームを提供しています。
AWSは現在、ボソン（光子）振動の状態（振幅と位相の変化）を表す猫量子ビットを考案しました。これが「オセロット」という名前に由来しています。
AWSのOcelot量子チップのクローズアップ…出典：Amazon。クリックして拡大
「キャット・キュービットは、明確に定義された振幅と位相を持つ古典的状態の量子重ね合わせを利用して、キュービット相当の情報をエンコードする」とウェブ界の巨人は述べた。
猫キュービットの魅力は、かわいい名前からくるマーケティング上の利点だけでなく、エラー訂正に役立つという点にある。
「発振器内の光子の数を増やすことで、ビット反転エラーの発生率を指数関数的に小さくすることができます」とAmazonは説明している。「つまり、量子ビット数を増やす代わりに、発振器のエネルギーを増やすだけで、エラー訂正の効率を大幅に向上させることができるのです。」
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現時点では、量子コンピューティングにおける最大の障害は誤り訂正です。量子ビットは熱、電磁気、地震など、あらゆる種類の潜在的な外乱に敏感であり、プログラミングに使用される論理量子ビットを訂正するには、ハードウェアに実装された物理量子ビットが桁違いに多く必要になります。その結果、想定される誤り訂正能力を収容するために必要なスペースは、飛行機の格納庫ほどの規模にまで膨れ上がります。
AmazonがNature誌の論文で主張しているように、Ocelotはエラー訂正を特にうまく処理します。これは、約1平方センチメートルの面積を持つ2つのシリコンマイクロチップを集積したプロトタイプの量子コンピューティングチップです。チップには、量子回路要素を形成する超伝導材料の層があり、14個のコアコンポーネントで構成されています。これらのコアコンポーネントには、5個のデータ量子ビット（キャット量子ビット）、5個のバッファ回路、そしてエラー検出用の4個の量子ビットが含まれます。Ocelotの発振器は、超伝導材料であるタンタルで作られています。
「本日、Nature誌はカリフォルニア工科大学（Caltech）のAWS量子コンピューティングセンターで開発された新しい量子チップ、Ocelotの測定結果を発表しました」と、カリフォルニア工科大学（Caltech）の理論物理学教授でありAmazon Scholarでもあるジョン・プレスキル氏はThe Register紙に語った。「まだ道のりは遠いですが、Oceletの独自のアーキテクチャが、世界に利益をもたらす量子実用化への道を短縮してくれることを期待しています。」
まだ道のりは遠いですが、Oceletの独自のアーキテクチャが世界に利益をもたらす量子ユーティリティへの道を短縮することを期待しています。
IDCの量子コンピューティング研究マネージャーであるヘザー・ウェスト氏は、AWSのOcelotが今後5年間で量子コンピューティングを商業的に意味のあるものにするのに役立つかどうかを判断するのは難しいと述べた。
「オセロットに関しては、進歩だと捉えています」とウェスト氏はThe Register紙に語った。「量子ビットの数の話から、より高品質な量子ビットやエラー訂正の話へと、議論の転換が始まっているのが今、見え始めています。」
「そしてこの方向転換を通して、私たちはまずソフトウェアを使ってエラーの一部を最小限に抑えることに着手しました。エラーの緩和、あるいはエラーの抑制です。その後、論理量子ビットの議論に移り、現在も議論が続いていますが、現在は量子ビット自体を強化して、最初からエラーの一部を減らすことについて議論しています。」
しかしウェスト氏は、多くの未解決の疑問が残っていると述べた。
「アマゾンはプレスリリースや記事の中で、これはスケーラブルなアーキテクチャだと述べているが、実際にどのように拡張していく計画なのかについては何も示していない」と彼女は説明した。
「超伝導チップでは、各量子ビットの入出力用の配線が必要です。これらの配線を大規模化すると、当然のことながらシステムも指数関数的に拡張されます。そのため、サイズと設置面積が増加します。」
ウェスト氏はまた、超伝導が関係する場合の誤差のレベルが高いことも指摘した。
「ビット反転について話しているとはいえ、位相反転やそこで発生するエラーについても考慮する必要があります。さらに、システムに侵入するその他のノイズについても考慮する必要があります。エラー訂正された量子ビットについて話すことは良い第一歩ですが、実現にはもう少し時間がかかるかもしれません。実現までどれくらいかかるでしょうか？まだ何年も先の話だと思います。」®
