量子コンピュータ

世界の様々な量子コンピュータ


はじめに

つい先日マヨラナフェルミオンの話題で世間が盛り上がり、マヨラナフェルミオンとトポロジカル量子コンピュータも少し話題となりました。トポロジカル量子コンピュータも情報が少ないのですが、現在開発中の様々な量子コンピュータに関してやはり情報がかなり限られているので、概略を紹介したいと思います。


量子コンピュータゲートモデルは多種ある

量子コンピュータと一言で表現しても実は様々な方式があります。現在主流で注目されている「超電導量子ビット」と呼ばれるタイプのものをGoogleやIBM,Alibabaなどが開発していますが、それ以外にも今回話題になったトポロジカル量子コンピュータの他にも様々種類があります。今回はその中でも下記のものを簡単に紹介したいと思います。

1、超電導量子ビット

2、イオントラップ

3、量子ドット

4、トポロジカル

5、NVセンター

上記で紹介するのはすでにベンチャー企業がついているなど、実用化が進んでいたり検討されているものです。


超電導量子ビット

超電導量子ビットは、超電導の性質を利用するので、絶対零度に近い極低温(約-273度)で真空にして計算をします。量子ビットのサイズや種類は計算の種類によっても変わってきますが、通常の半導体技術に近い回路を使用し、通常は希釈冷凍機と呼ばれる大型の冷凍機に入れて計算を行います。Google/IBM/Alibaba/Rigettiなどがこの方式を採用しています。


イオントラップ

イオントラップは文字通り、イオンをトラップしてそれにレーザーをあてることで冷却し、スピンの制御を行います。有名な会社はベンチャー企業のIONQで、Google Ventures(GV)やAwsから出資をもらっていることで有名です。50量子ビット前後のマシンを開発していて、クラウドサービスを準備しているとも言われています。

IONQ

https://ionq.co/

https://t.co/SgWE2VXksP @NEA @GVteam #quantum— IonQ, Inc. (@IonQ_Inc) 2017年7月26日

量子コンピュータのスタートアップが続々、有力VCは数十億円を投じる

引用:http://tech.nikkeibp.co.jp/it/atcl/column/15/061500148/121700150/

「我々が開発中の量子コンピュータは拡張性が高く、既に50個以上の量子ビットを実現している」。米メリーランド州に本拠を置くスタートアップIonQのDave Moehring CEO(最高経営責任者)は2017年12月上旬にシリコンバレーで開催された「Q2B Conference」に登壇し、同社が開発中の「イオントラップ型」の量子コンピュータの利点を訴えた

IonQは米メリーランド大学のChristopher Monroe氏と米デューク大学のJungsang Kim氏という二人の量子コンピュータ研究者が、10年以上前から研究を進めてきたイオントラップ型量子コンピュータを商用化するために、2016年に起業した。

 IonQはイオントラップ型量子コンピュータを2018年に商用化する予定だ。Moehring CEOは同社のハードウエアが量子ビットを増やしやすいという意味での「スケーラビリティ(拡張性)」に優れており、ラボでは既に50個以上の量子ビットを実現していると主張する。またイオントラップ型では全ての量子ビットの間で相互に「量子もつれ(エンタングルメント)」を発生させられる点が、他社に比べて優れているのだという。

 IonQが興味深いのはその出資者だ。同社にはシリコンバレーの有力VCであるNew Enterprise Associates(New Enterprise Associates)や、米Alphabet(Googleの親会社)のVC部門である米GV、さらには米Amazon.comが出資し、2017年7月までに2200万ドルもの資金を調達している。


量子ドット

量子ドットは半導体の内部に電子を捕獲し、それを制御することで量子計算を行います。半導体を積層させて縦方向で閉じ込めてから、半導体電極に電流を流して横方向を閉じ込めます。米インテル社が取り組んでいる。


トポロジカル

超伝導体とトポロジカル絶縁体を利用してトポロジカル超伝導体を作り、ナノワイヤーの先端にマヨラナフェルミオンを出現させ、その非可換統計的性質を利用して組み紐理論で量子計算を行うという方式。マイクロソフト社が取り組んでいる。

引用:https://news.microsoft.com/features/new-microsoft-breakthroughs-general-purpose-quantum-computing-moves-closer-reality/


NVセンター

NVセンターはダイヤモンドの内部に不純物を入れ炭素の欠損を作り、そこに電子を捕獲してレーザーでスピン操作を行い量子計算を行います。ダイヤモンドはコヒーレンスタイムが長いので量子メモリなどへの応用が期待されています。

引用:https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%82%A4%E3%83%A4%E3%83%A2%E3%83%B3%E3%83%89%E7%AA%92%E7%B4%A0-%E7%A9%BA%E5%AD%94%E4%B8%AD%E5%BF%83


考察

基本的には量子の性質を持つスピンの制御やマヨラナフェルミオンのような準粒子を操作するということが基本なので、様々な方法でスピンの制御を各技術で行おうという方向性なので、今後も様々な種類の量子コンピュータの開発が進むと思われます。