古典コンピューティングと量子コンピューティングの融合させ、少ない配線数と多数の量子ビットを備えたコンピュータにより、科学的発見の未来をどのように形作っていくのかをご覧ください。

Seeqcの共同設立者であるマシュー・ハッチングス博士（CPO）は、今月初め、ナノサイエンスのエンジニアリング・ディレクターであるマット・マーティンと、Seeqcのミッション、古典的コンピューティングと量子コンピューティングの重要な関係、この分野における短期および長期の目標、そして将来の展望について話し合いました。

"私たちは古典計算機の力を使って量子計算機の力をバックアップし、強力な古典計算機と強力な量子計算機がパートナーとなるハイブリッドシステムを構築しています。"

Seeqcについて詳しく教えてください。

Seeqc社は、商業用超電導システムの世界的リーダーであるHypres社から独立し、Rapid Single Flux Quantum (RSFQ)ロジックを用いた世界初の超高速デジタル超電導技術を商業化したことで知られています。当社は、1億ドル以上の投資、26人の従業員、重要な特許ポートフォリオを有する、世界で唯一の多層商業超電導チップファウンドリーの1つであり、超電導コンピューティングシステムのフルパッケージを提供しています。

Seeqc社では、量子コンピューティングを世界的な機会と捉え、様々なグローバルパートナーや政府機関と協力しています。当社は米国に本社を置き、英国とEUで重要な研究開発を行っているほか、世界中の学術グループと協力しています。チームの約4分の1は英国に拠点を置き、ナノサイエンスなどの組織と共同でエキサイティングなプロジェクトに取り組んでいます。

現在Seeqcが直面している課題は何ですか？

現在、私たちが直面している課題の一例として、創薬とドラッグモデリングが挙げられます。どちらもますます困難になってきており、発見したものが本来の機能を発揮するためには、実験室でのテストに頼ることが多くなっています。例えば、古典的なコンピュータでペニシリン分子を複製するには、10の86乗ビットもの計算が必要で、これは大きな数字です。しかし、286個の完全な量子ビットがあれば同じものを再現することができる可能性があります。つまり、ペニシリン分子を再現することができるのです。

しかし、今までの様々な調査の結果、完全な量子ビットを作ってそれを制御することは非常に困難であることが分かっています。”ノイズの多い量子ビット”を作り、より大きなシステムを使ってエラーを訂正すれば完全な論理的量子ビットをエンコードできることがわかっているので、十分な数のノイズの多い量子ビットがあれば、完全な量子コンピュータと同等として扱えるのです。

近い将来実現できることは何ですか？

私たちは、古典計算機のパワーを量子計算機のパワーのバックアップに利用し、強力な古典計算機と強力な量子計算機がパートナーとなるハイブリッドシステムを構築しています。この2つの発明をうまく組み合わせれば、計算が難しいビットを量子コンピューターで実行し、残りのアプリケーションを古典コンピューターで実行するという、アルゴリズムをマッピングする巧妙な方法を考え出すことができます。

このようなアルゴリズムの考え方を身につければ、化学、材料科学、機械学習、金融などの分野で、アルゴリズムの領域で真にインパクトのある仕事をすることができます。創薬に話を戻すと、薬自体は分子が大きいので、シミュレーションにはより大きなコンピュータが必要になるかもしれません。しかし、アルゴリズム技術の大規模な進歩により、量子コンピュータを古典的なコンピューティングにうまく組み込むことで、より大きなパワーを得ることができるようになれば、このようなエキサイティングなアプリケーションをより近い将来に実現できるようになるかもしれません。

この分野での発明の歴史を教えて下さい。

このアルゴリズム空間では、膨大な作業が行われています。1940年代、発明当初のクラシックコンピューターは、人間が物理的にスイッチを接続したり外したりして操作しなければなりませんでした。ケーブルが入り乱れ、計算の繊細な部分を保護・制御する責任がオペレーターにありました。Googleが開発した最先端の量子コンピューターも、同じように配線が多く複雑で、繊細な制御が必要です。この技術を前進させるためには、フェアチャイルド社、そしてインテル社による集積回路の発明が必要でした。

IBMは、この種の量子コンピュータのスケーリングについて、量子コンピューティングスケールアップに必要な非常に大きな希釈冷凍機を作るという素晴らしいロードマップを持っています。しかし、これは物理的に困難な作業であるだけでなく、より総当たり的なスケーリングアプローチであり、本当は、システム自体をよりスケーラブルにする方法を考えた方が良いでしょう。2つ目のアプローチは、異なる冷凍機と異なるコンピュータを相互に接続することです。このアイデアは、アンドレアス・ワラッフのグループが、2つの量子コンピューティングチップを5メートルの距離で超伝導的に接続することから生まれました。しかし、彼らが実際に行っているのは、このコンセプトをより大きく、より複雑なものにすることであり、商業的にスケーラブルな量子コンピュータを実現するための答えではないと私たちは考えています。

Seeqc どういうアプローチをとっているのですか?

古典的なコンピュータは、サイズを大きくしても実用化されなかったことを知っているので、集積回路の技術を見直しました。現在、第3世代の超電導コントローラモジュールを開発しています。このモジュールは、量子ビットの制御と読み出しをすべてデジタルで行い、このチップに集約しています。そして、量子ビットの性能を維持する特許技術を用いて量子ビットと結合し、量子コンピューティング時代の集積回路となることを目指しています。

私たちのデジタルコントローラーは、このチップに接続する配線やシステムの数を含め、システムの複雑さを軽減することができます（これについては次の項で詳しく説明します）。これは、デジタル技術によって、アナログシステムよりもはるかに優れたシステムの多重化が可能になるからです。アナログシステムは本質的に環境ノイズからの安定化が難しいため、量子ビットにデジタルインターフェースを持たせることで、環境および使用時のエラーレートを大幅に削減し、より製造性とコスト性に優れたシステムを実現することができます。

今後の大きな流れについて教えて下さい

製造可能な量子コンピューターシステムを作る必要があります。超伝導の量子コンピューターはギガヘルツの速度で動作します。古典的な論理が量子論理に追いつくためには、もっと高速に動作させる必要があります。従来のコンピュータアーキテクチャが量子ビットの動作温度に合わせて極低温に冷却された場合の動作速度であるメガヘルツでは不十分なので、10ギガヘルツで動作する超伝導技術を構築し、そのペースを維持することにしました。

古典計算機時代初期のスケーリング問題に話を戻すと、当時のベル研究所の所長が「数字の暴虐」という言葉を作った。これは、ビットを追加するたびに、別の配線を追加しなければならないという意味です。現在の量子コンピュータにも同様の配線オーバーヘッドの問題がありますが、Seeqcの統合チップを使えば、1量子ビットあたりの配線数を大幅に減らすことができます。現在ナノサイエンスが低温技術で作っている装置をもってしても100万量子ビットのプロセッサーを作ることができ、こちらの方がはるかに高い技術革新であると言えます。

高速化、低遅延化、低消費電力化を実現することで、製造性とコスト効率の高いシステムを実現したいと考えています。お客さまは、自分専用の量子コンピュータに何億円もかけることはないでしょうから、誰もが利用しやすい量子コンピュータシステムを作る必要があるのです。

Visit their website: https://seeqc.com/

Follow them on LinkedIn : https://www.linkedin.com/compa...

Dr. Matthew Hutchings