世界初の室温量子コンピュータが誕生！ゼンレスゾーンゼロは必要なく、主核には実際に「ダイヤモンドがちりばめられている」

量子コンピューティングは、現在最もエキサイティングな (そして誇大宣伝されている) 研究分野の 1 つです。この点に関して、ドイツとオーストラリアの新興企業Quantum Brillianceは最近大きなことを成し遂げた。世界初、ダイヤモンドを使った室温量子コンピューターが遠くオセアニアに設置に成功！

世界初の商用室温量子コンピュータ

つまり、 Quantum Brilliance の量子コンピューターには、絶対零度も複雑なレーザー システムも必要ありません。では、なぜ室温について議論する価値があるのでしょうか?

量子コンピューティング システムの基本的な考え方は、量子ビットが単なる「1」または「0」ではなく、「重ね合わせ状態」と呼ばれる状態になり得るということです。組み合わせ。これは、2 つの量子ビットが「01」、「10」、「11」、「00」の重ね合わせ状態になり、それによってより多くの状態とデータを表すことができることを意味します。

しかし、ここで問題が発生します。これらのシステムは依然として環境に非常に敏感です。量子ビットは、特定の重ね合わせ状態を非常に限られた時間 (「コヒーレンス時間」) しか維持できません。コヒーレンス時間が制限されている場合、量子ビットによって実行される計算でエラーが発生する可能性があります。

従来の量子コンピューターでは、量子のコヒーレンスを確保するために特別な冷却方法が必要ですが、室温量子コンピューターではこのステップを省略できます。量子のコヒーレンス、つまり粒子が波のように振る舞うという事実は、すべての量子効果の基礎です。

それでは、Pawsey はどのようにして室温で動作する量子コンピューターを実現したのでしょうか?

これは、Quantum Brilliance で使用される独自の量子コンピューティング手法についてです。

彼らは、従来のイオン鎖、シリコン量子ドット、または超伝導輸送量子ビットを使用するのではなく、合成ダイヤモンドに自然に存在する窒素正孔中心を利用しました。

窒素ホールとは、ホールに隣接する置換窒素原子からなるダイヤモンド格子内の欠陥を指します。

これらの窒素正孔中心はフォトルミネッセンスを生成する能力があり、放出された光の特性に基づいて量子ビットのスピンを読み取ることができるため、量子ビットと直接相互作用する必要がなくなりました。効果。磁場、電場、マイクロ波放射、光などの多くの技術を直接使用して、窒素ホールの電子スピンを制御できます。

窒素穴のあるダイヤモンド格子構造 同社が以前に公開したホワイトペーパーによると、室温で動作するダイヤモンド量子コンピュータは、一連のプロセッサ ノードで構成されます。

各プロセッサ ノードは、窒素ホール (NV) センターと核スピンのクラスターで構成されます。核スピンは固有の窒素核スピンと、近くにある最大 4 つの 13C 核スピンが不純物をスピンします。核スピンはコンピューターの量子ビットとして機能し、窒素ホールは量子バスとして機能し、量子ビットの初期化と読み出し、およびノー​​ド内およびノー​​ド間のマルチ量子ビット操作を仲介します。

2021 年の時点で 99.6% を超える初期化と読み出しの忠実度が実証され、一方でゲートの忠実度は 99.6% を超えています。シングル量子ビットとダブル量子ビットはそれぞれ 99.99% と 99% を超え、対応するゲート時間は約 10 マイクロ秒です。

いくつかの研究では、より高度な量子制御技術を使用すると、ゲートの忠実度が 99.999% を超え、ゲートの動作時間が 1 マイクロ秒未満になる可能性があることが示されています。

注入マスクの製造と注入イオンの散乱に制限があるため、NV センターを作成する既存の「トップダウン」窒素イオン注入技術を使用してこの精度を達成することはできません。

Quantum Brilliance の重要な発明の 1 つは、表面化学とフォトリソグラフィーによってこれらの制限を回避する、「ボトムアップ」の原子的に正確なダイヤモンド製造技術です。もう 1 つの重要な発明は、ダイヤモンド量子コンピューターの電気、光学、磁気制御システムを小型化して統合した統合量子チップです。

# ただし、ホワイトペーパーによると、このシステムには 5 量子ビットしかなく、これは明らかに Google の 72 量子ビットとは大きく異なります。

量子加速器スーパーコンピューティング=?

現在、量子コンピューティングの作業のほとんどは、IBM の Quiskit や Nvidia の cuQuantum イニシアチブなどのプラットフォーム上のシミュレーション環境で行われています。また、量子コンピュータの現在の主流はメインフレームですが、大きいというのはサイズを指し、既存の製品では数平方メートル、場合によっては部屋ほどの大きさのものがほとんどです。

これは、さまざまな量子ハードウェアによってメインフレームのサイズが制限されるためです。メインフレームは大きくて壊れやすいマシンであり、動作には超低温および/または超低圧と複雑な制御システムが必要です。 。室温量子コンピュータが存在しない場合、世界中のすべてのスーパーコンピューティング施設やクラウドコンピューティング施設に量子メインフレームが数台存在することになりますが、それらを広範な適用範囲まで推進することはできません。スーパーコンピューティング センター内に室温量子コンピューターを導入すると、研究者はオンサイト コンピューティング、メンテナンス、統合を真に活用できるようになります。

同時に、Pawsey スーパーコンピューティング研究センターとの協力も確立されます。初期のハイブリッド環境は、量子システムと古典システムのペアリングを加速し、ボトルネックを診断し、量子と古典の統合の改善を可能にします。

## Pawsey のエグゼクティブ ディレクターである Mark Stickells 氏は、量子アクセラレータを HPC アーキテクチャに統合することで、4,000 人の研究者がより多くのことを学ぶのに役立つと述べました。 2 つのシステムがどのように連携できるかについて説明します。これにより、実用的なアプリケーションを実証できるテストベッドが提供されるため、研究者はより効率的に作業でき、量子科学を進歩させ、将来の研究を加速することができます。 「これは、ハイブリッド コンピューティングの未来に向けた重要な一歩です。」

1 億ドル以上を投じて、シンガポールが最初の量子コンピューターを構築します

5 月 31 日のシンガポールで開催されたAsia Tech x Singaporeイベントで、副首相兼経済政策調整大臣兼国立研究財団理事長のヘン・スウィー・キート氏が、量子工学プログラム（QEP）の正式開始を発表した。シンガポールは 3 つの国家プラットフォームを統合して、量子コンピューティング、量子安全通信、量子デバイス製造の機能を開発します。

シンガポールの研究、イノベーション、エンタープライズ 2020 計画によると、この計画ではこれら 3 つのプラットフォームに最長 3.5 年間、2,350 万シンガポールドル (約 1 億 1,400 万元) が投資されます。これらのプラットフォームは研究コミュニティ全体からさらなるサポートを受ける予定です。

これら 3 つの国家量子プラットフォームは、シンガポール国立大学 (NUS) によって組織されており、シンガポール南洋理工大学、同大学 (NTU Singapore)、シンガポール科学技術研究庁 (A*STAR)、およびシンガポール国立スーパーコンピューティング センター (NSCC) がそれぞれ主催:

• 国立量子コンピューティング センター - 業界連携を通じて量子コンピューティング機能を開発し、アプリケーションを探索します;
• 国立量子ファブレス - 量子機器と実現技術の微細加工をサポートします。
• National Quantum Security Network – 重要なインフラストラクチャのサイバーセキュリティを強化することを目的とした、量子安全通信技術の全国規模のトライアル。

#国立量子コンピューティング センター (NQCH) NQCH は、シンガポール国立大学と南洋理工大学の量子技術センター (CQT) チーム、A*STAR のハイパフォーマンス コンピューティング研究所 (IHPC)、国立スーパーコンピューティング センター ( NSCC) をシンガポールに設立し、シンガポールに量子コンピューティング エコシステムを構築します。

National Quantum Fabless Fab (NQFF) A*STAR にある National Quantum Fabless Fabric (NQFF) は、材料研究および研究所です。 of Engineering Research (IMRE) は、量子コンピューティング、通信、センシングという QEP の 3 本柱における量子デバイスのマイクロおよびナノ製造をサポートします。

また、量子技術エコシステムにおけるシンガポールの戦略的ニーズに関連する実現デバイスも開発します。

National Quantum Security Network (NQSN) 2022 年 2 月に発表された、NQSN は量子安全通信技術の全国的な試験を実施し、強力な量子セキュリティ通信技術を提供します。重要なインフラストラクチャと機密データを扱う企業のサイバーセキュリティ。このイニシアチブは、CQT のほか、シンガポール国立大学と南洋理工大学が主導し、15 を超える民間および政府の協力者が参加しています。

これに関して、国立大学の CQT ディレクターであるホセ・イグナシオ・ラトーレ教授は次のように述べています。シンガポール人であり、NQCH の主任研究員であるサイード氏は、「量子コンピューティングが到来する。問題は『いつ』ではなく、『誰がこのテクノロジーを使用する準備ができているか』だ」とコメントした。

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