計算技術の巨人IBMは、数百の量子チップを収容できる冷却環境を形成するために組み合わせることができる、初のモジュール式低温量子冷却システムを発表しました。この低温システムは、温度を15ミリケルビン以下に下げることができ、IBMが2029年に大規模な耐障害量子コンピュータを発売する計画にとって重要なマイルストーンとなります。量子コンピュータは計算技術の次の最前線と見なされており、現在の最速のスーパーコンピュータが必要とする時間のごく一部で大規模な計算を完了できると約束しています。二進法のビットが0または1のみを保存できるシリコンベースのコンピュータとは異なり、量子コンピュータは量子ビットを使用し、0と1の間の複数の値を保存し、並行計算を行うことで、その計算能力を指数関数的に向上させます。
量子ビット、またはキュービットは、通常、絶対零度に近い極低温で動作します。これを実現することは挑戦ですが、研究者たちは「希釈冷却器」と呼ばれる多段階装置を使用して、この問題を完璧に解決しました。量子ビットは超低温の室内で動作しますが、冷却と計算インフラの複雑な構造が、大規模な量子コンピュータの構築を困難にしています。
IBM、量子計算技術を推進するためにモジュール式低温量子冷却システムを発表
IBMはこの問題をどのように解決したのでしょうか？IBMは既存の低温システムに大幅な設計変更を加え、矩形の形状を採用しました。この変更は、より密集した読み取りおよび制御配線の統合を実現し、隣接ユニット間の結合を簡素化し、量子プロセッサにより多くのスペースを提供することを目的としています。この設計変更はまた、部品とサブシステムを分離し、将来的に独立して最適化できるようにすることを目的としています。たとえ配線、冷却、および量子デバイスの密度が増加してもです。最近のデモでは、IBMは2つの稼働中のモジュールを組み合わせ、5日以内に温度を4ケルビンに下げ、その後15ミリケルビン以下の最終温度に達することを示しました。
これらの温度は深宇宙よりも180倍低く、モジュールはIBMの以前のシステムよりも12倍多くの配線スペースを提供し、モジュール内外のチップ間接続を容易にしました。
耐障害量子コンピュータのこれらのモジュールは、高さ8フィート（約2.4メートル）、幅8フィートで、IBMのL-coupler技術を利用して量子プロセッサに直接接続されています。この技術により、複数の量子チップが通信し、情報を共有し、より大きな量子コンピュータの一部として共同で機能することが可能になります。L-coupler技術はIBMの量子計画の重要な要素であり、IBMは2027年までに少なくとも1,000個のプログラム可能なキュービットを持つ大規模な量子コンピュータを構築することを見込んでいます。この目標を達成するために、IBMは今年後半にNightHawk量子プロセッサをこれらの新しい低温モジュールにインストールし、テストを開始する予定です。
IBMが2029年に発売を予定している大規模な量子コンピュータは、各低温モジュールに数千のキュービットを収容することが期待されています。
IBMの研究部門の責任者であるJay Gambettaは、Interesting Engineeringとのニュースリリースで次のように述べています。「耐障害量子コンピュータを業界に導入するには、いくつかの基本的な進展が必要です。これらの低温モジュールの成功した接続と運用は、その方向に向けて大きな一歩を示しており、量子ハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズムの進展を加速させるでしょう。」ハードウェアに加えて、IBMは耐障害量子コンピュータに必要なソフトウェアにも注力しています。ニュースリリースでは、IBMが昨年、新しいエラー訂正コードを発表し、耐障害を実現するために必要な物理リソースを削減したことが補足されています。