マサチューセッツ工科大学（MIT）の超伝導キュービットのブレークスルーが量子性能を高める
マサチューセッツ工科大学（MIT）の超伝導キュービットのブレークスルーが量子性能を高めるとトムズハードウェアも伝えています。
代替的な量子ビット設計に基づくMITの新しい回路は、エラー訂正能力の向上による性能の大幅な向上を約束する。
科学は（我々と同様）、可能な限り最良の未来がどこにあるのか常に確信を持っているわけではなく、コンピューティングも例外ではない。古典的な半導体システムであれ、量子コンピューティングという将来を見据えた現実であれ、時には複数の進むべき道が存在するのだ（再確認したい方は、量子コンピューティングの入門書をどうぞ）。トランスモン超伝導量子ビット（IBM、Google、Alice&Bobが使用しているものなど）は、最も有望な量子ビットの1つとして注目を集めている。しかしマサチューセッツ工科大学（MIT）の新たな研究により、より安定で複雑な計算回路を提供できる別のタイプの超伝導量子ビット、フラクソニウム量子ビットへの扉が開かれるかもしれない。
キュービットは、量子コンピューティングにおけるトランジスタに相当するもので、その数を増やせば（理論的には）コンピューティング・パフォーマンスが向上する。しかし、トランジスタは決定論的であり、2進法（コインの表が0か1のどちらかに対応すること）しか表現できないのに対し、量子ビットは確率論的であり、空中で回転するコインのさまざまな位置を表現することができる。このため、二進法で簡単に表現できるものよりも大きな解の可能空間を探索することができる（これが、量子コンピューティングが特定の問題をより高速に処理できる理由である）。
量子コンピュータの現在の限界の1つは、計算結果の正確さである。例えば、新しい医療用医薬品の設計を探すのであれば、結果が正しく、再現可能で、実証可能である必要があると言っても過言ではない。しかし、量子ビットは、温度、磁気、振動、基本粒子の衝突、その他の要素などの外部ストレスに対して敏感で繊細であり、計算にエラーを導入したり、もつれた状態を完全に崩壊させたりする可能性がある。量子ビットがトランジスタよりも外部干渉を受けやすいという現実は、量子的な優位性を得るための障害物のひとつである。
また、精度の低い結果にエラー訂正コードを適用すれば、魔法のように正しい結果になるという問題でもない。この分野におけるIBMの最近のブレークスルー（トランスモン・クビットへの適用）は、量子ビット・システム内の環境干渉を予測するエラー訂正コードの効果を示した。干渉を予測できるということは、歪んだ結果における干渉の影響を考慮し、それに応じて補正することができることを意味する。
しかし、誤り訂正符号を適用できるようにするためには、システムがすでに「忠実度の閾値」を通過している必要がある。つまり、量子コンピューターから予測可能な有用で正確な結果を引き出せるようにするために、誤り訂正符号の動作レベルの精度が最低限必要なのだ。
量子ビットアーキテクチャの中には、この研究がベースにしているフラクソニウム量子ビットのように、外部干渉に対してより高い基本安定性を持つものもある。これは、シャットダウンして情報が完全に失われるまでの間、量子ビットシステムをどれだけ有効に使用できるかを示す指標である。研究者たちがフラクソニウム量子ビットに関心を寄せているのは、すでにミリ秒以上のコヒーレンス時間を実現しているからである。
この新しい量子ビット・アーキテクチャは、フラクソニウム量子ビット間で重要な精度レベルの演算を可能にする。研究チームは、このアーキテクチャーを用いて、フラクソニウムを用いた2量子ビットゲートを99.9％の精度で、1量子ビットゲートを99.99％の記録的な精度で動作させることに成功した。このアーキテクチャと設計は、『PHYSICAL REVIEW X』に「High-Fidelity, Frequency-Flexible Two-Qubit Fluxonium Gates with a Transmon Coupler」というタイトルで掲載された。
フラクソニウム量子ビットは、これまでの量子コンピューティングを進化させたものではなく、独自の長所と短所を持つ別の量子ビット・アーキテクチャであると考えることができる。トランスモン量子ビットは、1つのジョセフソン接合を大きなキャパシターでシャントしたものであるのに対し、フラクソニウム量子ビットは、小さなジョセフソン接合を大きな接合のアレイや高運動インダクタンス物質と直列に接続したものである。フラクソニウム量子ビットがスケールしにくいのは、このためでもある。量子ビット間のより洗練された結合スキームが必要で、時にはこの目的のためにトランスモン・クビットを使うことさえある。この論文で説明されているフラクソニウム・アーキテクチャは、フラクソニウム-トランスモン-フラクソニウム（FTF）アーキテクチャと呼ばれるもので、まさにそれを実現している。
IBMやグーグルが使用しているようなトランスモン量子ビットは、より大きな量子ビット・アレイ（IBMのオスプレイはすでに433量子ビットに達している）に操作するのが比較的容易で、マイクロ波パルスを媒介とした高速で単純なゲート動作を行うため、動作時間が速い。フラクソニウム量子ビットは、形状の整ったパルスを通して、トランスモンのみのアプローチよりも遅く、かつより正確なゲート操作を行う可能性を提供する。
どのような量子ビット・アーキテクチャを用いても、量子的な優位性を得るための容易な道が約束されているわけではない。このシナリオでは、このノイジー・インターミディエイト・スケール・クォンタム（NISQ）時代を、複数の量子アーキテクチャが花開く時代と考えるのが有効かもしれない。トポロジカル超伝導体（マイクロソフトによる）から、ダイヤモンド空孔、トランスモン超伝導（IBM、グーグル、その他）、イオントラップ、その他無数のアプローチに至るまで、量子コンピューティングの中で一定のパターンに落ち着く時代である。すべてのアーキテクチャが繁栄するかもしれないが、おそらく最も可能性が高いのは、一部のアーキテクチャのみであろう。これは、国家や企業が単一の量子ビットアーキテクチャをメインとして追求しない理由にもなる。
私たちが目の当たりにしている量子コンピューティングへの数多くの、明らかに実行可能なアプローチは、x86がバイナリ・コンピューティングの主要なアーキテクチャとして優位に立つ前の分岐路のちょうど真ん中に位置している。量子コンピューティングの未来が、特定のテクノロジーに容易に（そして平和的に）合意できるかどうか、そして異種混合の量子の未来がどのようになるかは、まだわからない。