IQM、クラウド提供の Emerald プロセッサーで全 54 量子ビットのエンタングルメントを達成

IQM によると、Emerald システムは全 54 量子ビットで忠実度 0.516 の GHZ 状態を生成し、エンタングルメントのしきい値 0.5 を上回った。この性能はクラウド利用者にも提供される。

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IQM Quantum Computers は 10 月 29 日、クラウド経由で利用できる IQM Emerald システムが、超伝導チップ上の全 54 量子ビットを 1 つの回路でエンタングルさせたと発表した。Nasdaq に IQMX として上場するフィンランドの同社は、この結果をすべての量子ビットが同時に動作してもプロセッサーの品質が保たれる証拠と位置づけ、クラウド顧客も同じチップ全体の性能を利用できるようになったとしている。

発表内容

デモでは、Greenberger–Horne–Zeilinger（GHZ）状態を生成した。これは大規模エンタングルメントの標準的なストレステストで、各量子ビットが他のすべての量子ビットと相関している必要がある。IQM の発表によると、測定された忠実度は読み出し誤り緩和（REM）ありで全 54 量子ビットにわたり 0.516、REM なしで 40 量子ビットにわたり 0.515 だった。いずれも、ノイズではなく真の多量子ビットエンタングルメントを示す際に一般的に用いられるしきい値 0.500 を上回る。

IQM によれば、これまで Emerald で同様のデモを行う利用者が 1 つのアルゴリズムで安定して使えたのは約 30 量子ビットだった。また同社は、大規模チップを使った研究でも、はるかに多くの量子ビットが利用可能であるにもかかわらず、10〜20 量子ビットしか使わないことが多いと指摘している。

技術的な詳細

同社はこの成功を、自動化された状態準備ルーチンによるものとしている。このルーチンは、2 量子ビットゲートの忠実度と量子ビットの待機時間とを比較して選択し、状態を構築する間の待機時間が最小になるよう量子ビットとゲートの順序の両方を決める。IQM の公開ベンチマーク文書には、現在の較正データを用い、Emerald のような正方格子プロセッサーに推奨される GHZ 回路向けの関連する「ツリー」手法が記載されている。

IQM によると、この結果は約 1 年にわたるハードウェアと較正の取り組みにも支えられている。新しい較正手法、改良されたゲートセット、ダイナミカルデカップリングや量子ビット選択といった誤り低減ツールの幅広い活用などだ。同社は、これらの変更によりプロセッサー上の量子操作の誤り率が最大 50% 低下したとしている。

IQM の最高技術責任者 Craig Ciesla 氏は「チップ全体をエンタングルさせるということは、すべての量子ビットとその間のすべての接続が、同じ回路の中で正しく動作しなければならないということだ」と述べた。

なぜ重要か

GHZ 状態はデバイス全体に対する厳しい試験であり、弱い量子ビットやカプラーが 1 つあるだけで忠実度がしきい値を下回りかねない。商用クラウドシステムがフルサイズでこの基準を超えたことを示すのは、慎重に選んだ部分集合ではなくチップ全体でアルゴリズムを実行したい利用者にとって有用なシグナルだ。IQM はこの結果を、商用の量子コンピューターで報告されたものの中でも最も強力な部類と表現しているが、これは同社自身の評価である。

今後の注目点

忠実度の余裕はわずかで、54 量子ビットの数値は読み出し誤り緩和に依存しているため、本当の試金石はクラウド利用者による独立した再現となる。IQM は自動化された状態準備を、AI を用いたエージェント型較正を含む量子システム調整の自動化に向けたより広い取り組みと結びつけており、その後の成果が注目される。