量子リッチとハードウェア多様性がコラボレーションを阻む

Agam Shah　オリジナル記事

量子コンピューティングは世代を超えた技術として捉えられており、勝者の見返りは莫大であるが、技術の多様性が協力を阻んでいると、インテルの幹部は述べている。

インテル研究所の量子ハードウェア担当ディレクターであるジム・クラーク氏は、HPCwireに対して、開発中の量子コンピューティング技術は5～6種類近くあり、どれも異なるレベルの専門知識やシステム上部の最適化が必要であると述べている。

クラーク氏は、「そのため、このような異質なプログラム間で共通のプロジェクトを行うことは困難です」と述べている。

スピン量子ビットと呼ばれるインテルの量子ビットのバージョンは、超伝導量子ビットを含む他の技術とは異なり、GoogleやIBMのような企業が追いかけているものである。Dell社を通じて量子コンピューティングサービスを提供することでニュースとなったIonQ社は、トラップドイオン型量子ビットに取り組んでいる。

「企業は量子技術を今後100年の技術として捉えており、その成果を共有することに関心を持っています。ただ、企業は（一緒に）仕事をすることに興味がないのです。これは欠点の1つだと思います。業界全体で協力し合うということがないのです」とクラーク氏は言う。

SEMATECHは、DARPAが支援するインキュベータで、チップ技術の開発とテストを行い、勝者達が広く採用されることで拍車がかかった、従来のチップ市場の発展方法とは異なっている。

「これらの企業を集めて、かなり競争力のあるアイデアに取り組ませました。このプレコンペティションでアイデアを出したら、そのアイデアを採用し、素早く最適化したものが優勝したのです」とクラーク氏は言う。

インテルは、世界共通の量子コンピュータの開発に取り組んでおり、10月、既存の工場で安定した量子ドットを生産した。来年までには、12量子ビットのハードウェアシステムにアクセスできるようにし、開発者がアプリケーションを書き始められるようにしたいとしている。インテルは、既存の工場で量子チップを製造できることを示したので、大量生産に有利である。

「私たちの哲学は、量子ビットをトランジスタとまったく同じように作ることです。この2つのトランジスタを、製造や設計、レイアウトの面で近づけることができれば、より簡単にできるようになります」と、クラーク氏は語った。

インテルの量子プロセッシング・ユニット以外にも、Horse Ridgeと呼ばれるコントローラや、コンパイラ、ランタイム、マッパー、スケジューラを含むソフトウェア開発キットがある。また、コンピューティング環境をサンプリングするための量子シミュレータも備えている。インテルの次のステップは、量子シミュレータをアップグレードして、同社が出荷を予定しているスピン量子ビットのハードウェアを表現することである。

量子コンピュータのハードウェア開発者たちは、これまでほとんど互いにけん制し合いながら、自分たちの技術に集中してきた。しかし、いつもそうだったわけでは ない。9年ほど前、最も早く量子ハードウェアを開発したIBMとD-Waveは、量子コンピューティングの概念そのものを問うような公の戦いを演じたことがある。

IBMは2014年の論文で、D-Waveの量子アニーリングシステムを科学的に量子コンピュータと分類すべきではないと主張し、D-Waveから反論を受けた。超伝導量子ビットを開発していたIBMは、最終的にD-Waveのシステムが量子コンピュータであることを追認することになった。

D-Wave社は、最適化に特化した量子アニーリングシステムを開発したパイオニアである。一方、IBMは、エラー訂正機能を備えた万能量子コンピュータの構築を目指しており、現在、研究者の間では、最低でも100万量子ビットが必要であることで一致している。しかし、技術開発や研究はその後進化し、量子のハードウェアやトポロジーは多様化し、異なるタイプのシステムが異なるタイプの問題を解決するようになるという認識で進んできた。

各国政府は今、市場を拡大し、国家安全保障を維持するために、混沌とした量子コンピューティング業界に秩序をもたらそうとしている。米国、中国、欧州は、AIや高性能コンピューティングチップと同様に、量子コンピューティングを国内に留めるべき技術の優先リストに載せている。

2018年の米国量子イニシアチブ法は、学界と民間企業を含む70の組織における量子研究とコラボレーションを後押しした。このイニシアチブでは、現在の暗号化方式を数秒で破る可能性のある量子システムからのサイバー攻撃から米国のインフラを保護するためのアルゴリズムの開発も優先的に行っている。米国標準技術研究所は、インテル、マイクロソフト、IBMなどの企業が開発した耐量子化アルゴリズムをテストしている。

アルゴンヌ国立研究所は、インテル、IBM、マイクロソフト、ColdQuantaなどをメンバーとするQ-NEXTプログラムを通じて、多くの企業の量子ハードウェアおよびソフトウェア技術のテストを行っている。アルゴンヌは、インテルの量子ハードウェアをテストする予定だ。

EUが出資する欧州高性能計算共同事業（EuroHPC JU）は10月、量子コンピュータをチェコ、ドイツ、スペイン、フランス、イタリア、ポーランドに配備することを発表した。これらのシステムは、欧州大陸の幅広いスーパーコンピューティングネットワークに接続される予定だ。配備は2023年後半までに完了する予定で、費用はおよそ1億ユーロ（約100億円）だ。

Nature誌の記事によると、中国の習近平国家主席は、ネイティブ量子コンピューティング技術の開発を最優先事項の1つに挙げている。

金融、製薬、輸送分野の著名な企業は、量子チップやシミュレーターをテストして、アプリケーションに最適な量子ビットの種類を探っている。しかし、量子コンピューティングリソースに関する混乱は、顧客がハードウェアを知らなくても量子アプリケーションを書くことができるようにソフトウェア開発プラットフォームを持つClassiqのような企業を誕生させた。

Classiq社のテクニカルマーケティングマネージャーであるエリック・ガルセル氏は、今月初めにダラスで開催されたSC22会議において、「この業界はアセンブリ言語でプログラムを組んでいますが、アセンブリレベルでプログラミングをしたことがある人は誰でも、それが通用しないことを知っています」と述べている。

HPEが出資しているClassiqのソフトウェアでは、ユーザーが古典的ハードウェアまたは他の量子ハードウェアに対して、量子システムのベンチマークを行うこともできるので、最適な量子ビットを見つけることができるようになった。ユーザーは、新しい言語やデータセットを学ぶことなく、アプリケーションを導入し、結果を得ることができる。

「私たちは、ユーザーがどのハードウェアで実行するか、どのアセンブリ言語プログラムを学ぶか、前もって決める必要がないようにしたいのです。効率的な量子回路を構築してから、AWSとIBMのどちらで実行するかを決めてもらいたいのです」と ガルセル氏は述べている。