DARPA、4社を選定し量子コンピュータ工業化計画を2033年まで推進

米国防高等研究計画局（DARPA）は、Atom Computing、Diraq、IonQ、IBMを同局の量子ベンチマーキング・イニシアチブ（Quantum Benchmarking Initiative、略称QBI）のCフェーズ検証に追加した。Cフェーズへの進出は、これらの企業が耐障害量子計算（FTQC）アーキテクチャの物理的テストを開始することを意味し、同イニシアチブは2033年に工業規模の量子コンピュータを投入する計画だ。量子計算は計算分野の次のフロンティアと見なされており、創薬、材料研究、気候変動などの問題解決に役立つとされる。

従来のコンピュータは0と1の値のみを格納できる2進法ビットを使用するが、量子コンピュータは量子ビット（qubit）を使用し、0と1の間の複数の値を同時に格納でき、並列計算さえ可能だ。これは高い優位性をもたらすが、同時に新たな計算課題も生む。大量のエラーの蓄積だ。科学者はさまざまな方法で量子ビットを作成できるが、高いエラー率が大規模量子コンピュータの主要な制約であり続けている。QBIは、これらのコンピュータを2033年までに投入できるかどうかをテストしている。

QBIの3つのフェーズ

QBIは3つのフェーズで構成され、各フェーズは耐障害量子コンピュータの開発に向けた重要なマイルストーンである。第1フェーズAでは、公益事業規模の量子計算コンセプトを評価し、それらが近い将来実現可能かどうかを判断する。フェーズBに進んだ参加者はDARPAに研究開発計画を提出し、採用手法のリスクと対応策を説明した。フェーズCでは、参加者が物理テスト、システム測定、実証検証を通じて自社のFTQCアーキテクチャを検証・確認し、政府と協力する。これは最良の量子計算技術を評価する競争でも、企業間の協力的取り組みでもない。

本計画の主な目標は、どの手法が2033年までに公益事業規模に達するかを特定することだ。これは、量子システムの計算出力価値がその資本的支出と運用支出を上回ることを意味する。

4社それぞれの手法

現在、DARPAは4社をCフェーズに新たに追加した。このうちMicrosoftとPsiQuantumは、「未開拓の公益事業規模量子計算システム」（Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing、略称US2QC）の一環として、同様の目標を持つパイロット計画に参加している。現在Cフェーズにある各社は、それぞれ異なる量子計算手法を用いている。

Atom Computingは中性原子を量子ビットとして使用し、提案システムには光学的にトラップされた1,200個以上の中性原子アレイが含まれる。Diraqはシリコン・スピン量子ビットを使用し、これは微小な静電ゲート内に閉じ込められた単一電子だ。同社はファウンドリで製造される300ミリウェハの検証を目指し、2031年までに単一ウェハ上に200万個以上の物理量子ビットを搭載することを目標としている。IonQはトラップド・イオンを量子ビットとして使用し、最近「Superion 256」量子処理ユニット（QPU）を発表した。このデバイスはサーバーラックに収まるよう設計されており、その製造容易性が公益事業目標に合致するかどうかを評価する。

IBMは量子計算にフルスタック・アプローチを採用し、トランスモン量子ビットを量子計算ハードウェアとして使用すると同時に、そのハードウェアを操作しクラウド経由でアクセス可能にするオープンソース・ソフトウェアを開発している。

QBIの実行ディレクターであるMicah Stoutimore氏は声明で、「量子計算分野は急速に発展しており、2033年までに誰かが公益事業規模の量子コンピュータを構築することへの期待が高まっている。どのチームや技術的アプローチがこの目標を達成できるかはまだ分からない。したがって、QBIは各ルートをそれぞれの強みに基づいて評価し、有望な新しいアプローチを継続的に取り入れている」と述べた。

量子計算の未来と課題

量子計算は未来の計算の鍵と見なされ、多様な複雑な問題を解決できるとされる。DARPAのQBI計画は技術開発の推進役であるだけでなく、量子計算の商業化における重要なマイルストーンでもある。現在、高エラー率という課題に直面しているものの、各社が異なる技術的アプローチで物理テストを行っており、業界の多様性と競争力を示している。これらの取り組みは、最も効果的な量子計算手法の特定に役立ち、将来的に公益事業規模への到達を後押しし、最終的には技術進歩と応用を促進するだろう。