科学者らは、シリコンベースの量子プロセッサの実現可能性を高める技術の開発後、「重大な変曲点」に達したと述べている。
量子コンピューティング企業 Equal1 は、従来の半導体製造プロセスを使用して構築できる量子処理装置 (QPU) を開発しました。これにより、珍しい材料や複雑な技術を使用した量子プロセッサの製造に通常伴う複雑さと費用が不要になります。
同社はまた、代表者らが「これまでに開発された中で最も複雑な量子コントローラーチップ」と呼ぶものを開発した。これは超低温で動作することができ、単一チップ上で数百万の量子ビットへの道を開きます。つまり、計算の安定性と正確さを保ちながら、膨大な数の量子ビットの情報を同時に処理できることになります。
対照的に、今日最も強力な量子チップは、数千個の量子ビットのみを収容し、超伝導体で構築されており、量子計算を実行するには絶対零度近くまで冷却する必要があります。
新しいテクノロジーを組み合わせると、「次の段階への道が開かれます」 量子コンピューティング そして、既存のシリコン インフラストラクチャを活用することが最速の拡張方法であることを実証します」と Equal1 の代表者は述べています。 声明。
量子の非実用性
量子チップの構築は、非常に困難で高価なプロセスであることで知られています。情報を 1 または 0 として処理するためにバイナリ ビットに依存する通常のコンピューター チップとは異なり、量子チップは 量子ビットの原則に基づいています。 量子力学。
量子ビットには、複数の状態で同時に存在できるようにする特別な特性 (重ね合わせと呼ばれる現象) があり、従来のビットでは不可能な方法で連携することができます。 もつれ。その結果生じる並列処理により、量子コンピューターは古典的なシステムの能力をはるかに超えた問題を解決できるようになります。
ただし、量子ビットは非常に壊れやすいものです。これらは、コヒーレンス状態に保たれている場合にのみ機能します。つまり、計算を実行するのに十分な時間量子状態を維持します。コヒーレンスは、温度変化や電磁ノイズなどの環境要因によって簡単に中断されるため、干渉を避けるために極度に低い温度が必要になります。
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通常、量子チップは超伝導金属などの特殊な材料やカスタムメイドの材料を使用して作られますが、これらには高価で複雑な製造プロセスが必要です。 Equal1 のイノベーションは、半導体業界で最も豊富で広く使用されている材料の 1 つであるシリコンを使用していることです。
シリコンは、特に と呼ばれる材料ブレンドを使用する場合に、量子ビットに安定した環境を提供します。 シリコンゲルマニウム (SiGe)。 12月2日にプレプリントデータベースに公開された研究では arXivEqual1の科学者らは、SiGeはシリコンの安定性とゲルマニウムの電子性能を高める能力を兼ね備えており、量子アプリケーションに適していると説明した。さらに重要なことは、SiGe チップは、従来のコンピューター チップの製造にすでに使用されているのと同じプロセスと工場を使用して製造できるため、量子プロセッサーの製造が可能になる可能性があります。 より安価で拡張が容易。
Equal1の代表者らは、同社のSiGe 6量子ビットアレイ（量子ビットが作成および制御されるチップの一部）が、量子ゲート演算の精度とそれらの演算の実行速度という2つの重要な領域で画期的な成果を上げたと述べた。
具体的には、このチップは、84 ナノ秒の動作速度で 99.4% の単一量子ビットのゲート忠実度、72 ナノ秒の速度で 98.4% の 2 量子ビットのゲート忠実度を実証しました。量子ゲートの精度または忠実度が高いと計算エラーが最小限に抑えられ、ゲート速度が速いと演算中に量子ビットが量子特性を失うリスクが軽減されます。これらの要因 量子計算の精度を決定する そして、量子ビットが複雑な演算を完了するのに十分な時間量子状態を維持できる能力。
「この結果は、シリコン量子ビットの大きな利点、つまり、量子ゲートの忠実性と速度という 2 つの重要な領域でのスケーリングに必要なパフォーマンスを達成できることを示しています。」 Equal1社のチーフ量子アーキテクトであるNodar Samkharadze氏は声明でこう述べた。
それにスピンをかける
信頼性の高い量子操作を保証するために、Equal1 のデバイスは「スピン量子ビット」を使用します。スピン量子ビットは情報をエンコードします 電子のスピン状態。研究者らは研究の中で、シリコンは電子スピンに安定した環境を提供するため、スピン量子ビットはシリコンとの統合に特に適していると述べた。これにより、周囲からの干渉によって量子ビットがその繊細な量子特性を失うリスクが軽減されます。
Equal1 は、マルチタイル アーキテクチャを使用する量子コントローラー チップも開発しました。この設計では、チップを半独立して動作できる複数のタイルに分割します。このアーキテクチャは、制御機能をチップ全体に分散させ、単一の処理ユニットに依存する場合に発生する可能性のあるボトルネックを回避できるため、量子システムをスケーリングするための鍵となります。
コントローラーは 300 ミリケルビン、つまりそのすぐ上の温度で動作します 絶対零度 これにより、コヒーレンスに必要な条件を維持しながら量子ビットを効果的に管理できるようになります。 Equal1の代表者らによると、このコントローラーには人工知能（AI）主導のエラー修正技術も搭載されており、量子演算の安定性と精度を維持するリアルタイム調整が可能になるという。
「今日はEqual1と量子コンピューティング業界にとって重要な転換点となる」と同社最高科学責任者のエレナ・ブロキナ氏は声明で付け加えた。 「Equal1 は、シリコンが量子コンピューターを拡張する手段であると常に信じてきました。そして今日、世界をリードする量子ビットと制御チップの結果により、私たちはこのビジョンに向けて大きな一歩を踏み出しました。」
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