量子コンピューティングの新興企業 IonQ は本日、今後数年間のロードマップを発表した。これは、9 月の IBM の同様の動きに続き、控えめに言っても非常に野心的な計画である。
今年初めに開催したDisruptイベントで、IonQのCEO兼社長であるピーター・チャップマン氏は、デスクトップ型量子コンピュータの実用化まであとわずか5年だと示唆しました。これは、同社の競合他社（彼らもまた、全く異なる種類の量子技術を採用していることが多い）からはおそらく聞かれない発言です。しかしIonQは現在、2023年にはデータセンター向けのモジュール式ラックマウント型量子コンピュータを販売可能になり、2025年までには、幅広いユースケースで広範な量子優位性を実現できるほど強力なシステムになると発表しています。
本日の発表に先立つインタビューで、チャップマン氏は同社が2021年に向けて開発を進めているハードウェアのプロトタイプを見せてくれた。これは作業台に収まるサイズだ。量子チップ自体は現在50セント硬貨ほどの大きさで、同社は現在、技術の中核部分を単一のチップに搭載し、システムを動作させる光学系をすべて統合する取り組みを進めている。
「それが目標です」と彼はチップについて語った。「2023年になったら、別の方法で規模を拡大できるようになります。つまり、台湾の誰かに頼んで、このチップを1万個作ってもらうだけです。そして、製造を通じて規模を拡大していくのです。私たちが作っているハードウェアには、量子的な要素はまったくありません」と彼は言ったが、IonQの共同創業者兼主任科学者であるクリス・モンローがすぐさま口を挟み、「原子は別として」と付け加えた。
これは重要な点です。なぜなら、IonQは自社のマシンの中核技術としてトラップイオン量子コンピューティングを採用しているため、IBMなどのマシンを稼働させるのに必要な低温環境に耐える必要がないからです。IonQの技術はスケールアップが難しいと主張する懐疑論者もいますが、チャップマン氏とモンロー氏はそれをあっさりと退けます。IonQの新たなロードマップでは、2028年までに数千個のアルゴリズム量子ビット（エラー訂正処理用の物理量子ビットは10～20倍に増加）を備えたシステムを目指しています。
「2024年初頭にアルゴリズム量子ビットが約40量子ビットに到達すれば、おそらく機械学習において量子優位性が発揮され始めるでしょう」とチャップマン氏は説明した。「そして、72量子ビットに到達すれば、量子優位性がかなり広範囲に発揮され始めるというのが、ほぼ定説だと思います。つまり、それは2025年頃でしょう。2027年に入る頃には、数百量子ビット、あるいは2028年には数千量子ビットに達するでしょう。そして今、本格的なフォールトトレランス（耐障害性）の実現に向けて動き始めています。」
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アルゴリズム量子ビット（IonQでは量子アルゴリズムの実行に使用できる量子ビットと呼んでいます）の数は、今後緩やかに増加していくでしょう。業界の他社は「論理量子ビット」と呼ぶ傾向がありますが、IonQの定義は少し異なります。
異なる量子システムの比較方法について、チャップマン氏は「忠実度だけでは十分ではない」と指摘した。72量子ビットでも7200万量子ビットでも、そのうち3量子ビットしか使えないのであれば意味がない、と彼は述べた。「『1000量子ビットを何個も使うことになる』というロードマップを見ると、『どうでもいいよね？』と思うでしょう。私たちの場合は、個々の原子を使っているので、小さなガスの入った小瓶を見せて『ほら、1兆量子ビットがあって、計算できる状態だよ！』と言うことはできます。しかし、それらは特に役に立つわけではありません。ですから、ロードマップで私たちが試みたのは、役に立つ量子ビットについて語ることでした。」
彼はまた、IBMや量子エコシステムの他の企業が推進している測定基準である量子ボリュームは、ある時点で数値があまりにも高くなりすぎるため、特に有用ではないと主張した。しかし本質的には、IonQは依然として量子ボリュームを使用しているが、アルゴリズムの量子ビットを特定のシステムの量子ボリュームとして定義している。
IonQ がアルゴリズム量子ビットを 32 個 (現在のシステムでは 22 個) まで増やすことができれば、現在のシステムで主張している 400 万ではなく、42 億の量子ボリュームを実現できるようになります。
モンロー氏が指摘したように、同社のアルゴリズム量子ビットの定義は、可変エラー訂正も考慮に入れています。エラー訂正は量子コンピューティングにおける主要な研究分野ですが、IonQはゲート忠実度を高く維持できるため、今のところエラー訂正について心配する必要はないと主張しており、既に13:1のオーバーヘッドでフォールトトレラントなエラー訂正演算を初めて実証しています。
「私たちのネイティブエラーは非常に低いため、この22個のアルゴリズム量子ビットでは、現時点ではエラー訂正を行う必要はありません。しかし、99.99%の忠実度を実現するために、少しだけエラー訂正を組み込むことになります。しかも、これはリアルタイムで行うことができます。ちょっとした調整のようなものです。どの程度のエラー訂正が必要でしょうか？ 全てかゼロかではありません」とモンロー氏は説明した。
IonQ は、「他のテクノロジーでは、ゲートの忠実度と量子ビットの接続性が低いため、単一のエラー訂正量子ビットを作成するのに 1,000、10,000、または 1,000,000 個の量子ビットが必要になる可能性がある」と考えていることを躊躇なく述べています。
これらすべてを実践するために、IonQ は本日、システムの比較を容易にするアルゴリズム量子ビット計算機をリリースしました。
IonQは近い将来、エラー訂正に16:1のオーバーヘッドを使用する予定です。つまり、16個の物理量子ビットを使用して高忠実度のアルゴリズム量子ビットを作成する予定です。論理量子ビットが約1,000個に達した時点で、32:1のオーバーヘッドを使用する予定です。「量子ビットを追加するにつれて、忠実度を高める必要があります」とチャップマン氏は説明しており、2028年に1,000量子ビットのマシンを開発するには、IonQは32,000個の物理量子ビットを制御する必要があります。
IonQは長年、自社の技術をスケールアップするためには技術的なブレークスルーは必要ないと主張してきた。実際、同社は多くの技術を1つのチップに詰め込むことで、レーザービームを長距離移動させる必要がなくなることもあり、システムが必然的に安定する（結局のところ、ノイズは量子ビットの大敵である）と主張している。
多少の宣伝活動も厭わないチャップマン氏は、近いうちに量子コンピュータを小型飛行機に乗せて飛ばし、その安定性を実証したいとさえ述べている。しかし、IonQ社は短期的なシステムのスケールアップに競合他社よりもはるかに積極的であることは注目に値する。モンロー氏もその点を認めつつも、現時点では物理学の基礎段階に過ぎないと主張している。
「特に固体プラットフォームにおいては、素晴らしい物理学の成果を上げています」とモンロー氏は述べた。「毎年少しずつ進歩していますが、固体量子ビットに基づく10年後のロードマップは、材料科学のブレークスルーにかかっています。彼らがそこに到達するかどうかは定かではありません。しかし、ご存知の通り、原子の物理学はすべて解明されており、実証済みのプロトコルとデバイスに基づいたエンジニアリングであるため、今後のエンジニアリングの道筋には非常に自信を持っています。」
「製造上の問題はありません。100万個の量子ビットが欲しいですか？問題ありません。簡単ですよ」とチャップマン氏は冗談めかして言った。
IonQはこれまでで最も強力な量子コンピュータを開発したと主張している
量子スタートアップのCEOは、量子デスクトップコンピュータの実現まであと5年だと示唆している。
