IBMの「Nighthawk r2」、新しいリセットアーキテクチャにより最大25倍のスループットを実現

オリジナル記事「IBM Nighthawk r2 Tops 100,000 Circuits per Second with New Reset Architecture」

IBMは、「IBM Quantum Platform」を通じて「Nighthawk r2」量子プロセッサの提供を開始した。同社によれば、このプロセッサは新しい量子ビットリセットアーキテクチャを採用しており、「Heron」システムに比べて最大25倍の回路スループットを実現するという。IBMによると、この120量子ビットプロセッサは、1秒あたり10万回以上の回路を実行できる。

「Heron」を含むIBMの従来世代のプロセッサは、条件付きリセット方式を採用している。これは、量子ビットを測定し、必要に応じてパルスを印加して基底状態に戻す方式だ。この手順は測定の忠実度によって制限され、計算状態から逸脱した量子ビットをリセットできないため、システムは回路実行の合間に数百マイクロ秒の間、アイドル状態を維持しなければならない。

	IBMによると、「Nighthawk r2」は1秒あたり10万回以上の回路実行が可能だという。

一方、「Nighthawk r2」では、各プログラム可能な量子ビットに専用のリセット素子を組み合わせ、調整可能なカプラーを介して低温環境に接続し、エネルギーを排出させる。IBMによると、これにより量子ビットの実効T1エネルギー減衰時間は、中央値で約200マイクロ秒からおよそ25ナノ秒へと短縮される。このエネルギー散逸の高速化により、回路実行間の全体的なアイドル間隔を最短1マイクロ秒まで短縮できる。

Nighthawk r2は前世代機と同じ120個のプログラム可能量子ビットを備えているが、サポート用ハードウェアの数は増えている。120個の量子ビットに加え、218個のカプラーと120個の独立制御可能なリセット素子が搭載されており、物理量子素子の総数は458個となる。Nighthawk r1は量子ビットとカプラーの数は同じだが、専用のリセット素子がなく、物理量子素子の数は338個である。

IBMによると、アクティブリセット機能により、Heronクラスのゲート忠実度を維持しつつ、隣接する量子ビットに影響を与えることなく、初期化エラーを約25分の1に低減できるという。

回路スループットの25倍増が、必ずしもすべてのワークロードにおいて同等の処理速度向上につながるわけではない。初期のテストにおいて、IBMは精度を損なうことなく、研究用回路の実行時間を最大10倍短縮できたと報告している。

同社はまた、Nighthawk r2を用いて、確率的エラー増幅を伴う7,500ゲート以上の回路における観測量を推定し、2026年の量子ロードマップにおける目標を達成した。IBMは別途、同プロセッサの高いスループットにより、中性子散乱シミュレーションの処理速度が12倍に向上し、実験データと比較するためのスペクトルを約60秒で生成できたと述べた。

Nighthawk r2のリセット機能は、回路の実行中にも利用できる。これにより、動的回路内で補助量子ビットの測定、リセット、再利用が可能となり、これは多くの量子エラー検出およびエラー訂正実験に不可欠な機能である。

IBMは、これにより、ワークロードに論理量子ビットを導入するプロトコルをテストする際、研究者にさらなる柔軟性がもたらされると述べた。同社は「Nighthawk r2」を、短期的な応用研究のためのプラットフォームであると同時に、誤り訂正された量子演算を開発するためのテストベッドとしても位置付けている。

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