Universal Quantum、制御回路を内蔵しファウンドリーで製造するイオントラップチップ「iQPU」を発表

Universal Quantum の iQPU は、400 mm² のイオントラップ面、統合制御 ASIC、UQConnect リンクを200 mm ラインで製造する。最初の納入先は DLR。

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Universal Quantum は、イオントラップ、制御用電子回路、チップ間接続を1つのモジュールにまとめた統合型量子処理ユニット「iQPU」を発表した。英国を拠点とし、ハンブルクにも拠点を持つ同社は 11月3日にチップを発表し、ドイツ航空宇宙センター（DLR）向けに構築中の2つのシステムに搭載すると明らかにした。

発表の内容

iQPU の有効計算面積は400 mm²を超え、Universal Quantum はこれを最大の捕捉イオン計算面だとしている。QCCD（quantum charge-coupled device）方式を採用し、イオンをチップ上のゾーン間で移動させるため、どの量子ビットも固定位置に縛られず、他のどの量子ビットの隣にも移せる。同社によれば、この長距離接続性により商用問題に必要な量子ビット数が減り、計算が速くなる。

さらに2つの特徴がスケールアップを狙う。1つ目は、カスタム制御 ASIC を積層構造に統合し、スイッチングと制御をチップ上で直接処理すること。量子ビットが増えるほどケーブルや信号線が増える「配線問題」に対処するのが狙いだ。2つ目は、各 iQPU が同社のモジュール間リンク UQConnect 用のインターフェースを備えること。UQConnect ではイオンがあるモジュールから隣のモジュールへ直接移動するため、チップを再設計せずに複数のチップを1台の大きなコンピューターとして動かせる。

技術的な詳細

製品ページには次の数値と設計上の選択が記載されている。

積層構造：イオントラップ、配線層、統合された磁場制御層、シリコン貫通ビア（TSV）、ASIC 層。TSV により各辺が空き、隣接モジュールとの接続に使える。
マイクロケルビン温度ではなく約70 K で動作し、個別に照準を合わせた多数のレーザーではなく、グローバルなマイクロ波場で量子ビットゲートを駆動する。
同社によれば、2量子ビット忠実度99.9%を可能にする設計。
UQConnect の性能は毎秒2,424回の量子ビット転送、接続忠実度99.999993%。
業界標準のツールと修正版プロセス設計キット（PDK）を用い、商用200 mm ファウンドリーラインで製造。

同社はこれらの数値を設計・部品データとして示している。同社自身のロードマップでは、iQPU システムの顧客への納入と、タイル状に並べたマルチモジュール構成は、まだ今後の段階として記載されている。

なぜ重要か

捕捉イオンは高品質な量子ビットで知られるが、それを用いたシステムは、規模の面でも、必要なレーザー・配線・冷却の量の面でも拡張が難しかった。Universal Quantum は、チップ上に制御を備え、ファウンドリーで製造される反復可能なユニットなら、従来の半導体部品のように試験し、並べてタイル化できると見込んでいる。エンジニアリング担当 VP の Mike Newman 氏は「量子ビットを1つずつ増やしながら複雑さを積み上げても、スケーラブルな量子コンピューターは組み立てられない」と述べた。

今後の注目点

iQPU を最初に受け取る顧客は DLR となる。DLR はハンブルクの Quantum Computing Initiative 向けに Toccata と Legato の2台を建造する相手として Universal Quantum を選び、契約総額は6,700万ユーロにのぼる。今回の発表は、10月に DCVC と Firgun Ventures が共同主導した 1億ドル超のシリーズA に続くものだ。本当の試金石は、納入されたハードウェアで測定された忠実度と、実際に動作するマルチモジュールシステムになる。