IBMとAMD、量子誤り訂正の実機研究基盤を構築 2029年のStarling実現へ
米エネルギー省のQuantum Science Center(QSC)、Oak Ridge National Laboratory(ORNL)、IBM、AMDは、量子誤り訂正量子誤り訂正Quantum Error Correction / QEC複数の物理量子ビットに情報を分散して持たせ、量子状態を直接壊さずにエラーを検出・訂正する技術。QI補足実施しただけで実用的な耐障害性が得られるわけではない。論理エラー率が物理エラー率より改善しているかが重要になる。(QEC)の共同設計プラットフォームをIBMのニューヨーク州ポキプシー拠点に導入した。量子プロセッサー量子プロセッサー量子プロセッサ / Quantum Processor / Quantum Processing Unit / QPU量子ビットを搭載し、量子ゲートや測定などの量子計算処理を実行するハードウェアの中核部分。QI補足QPUの性能は量子ビット数だけでは判断できない。ゲート忠実度、接続性、速度、エラー率などを合わせて見る必要がある。と高性能計算資源を同一環境に置き、QECデコーダーや量子・古典ハイブリッド処理を実機で開発、検証できる基盤とする。
✍️ Quantum Indexの視点
発表内容の背景にある技術・事業上の意味と、数字や見出しだけでは見えにくい評価ポイントを解説します。 独自分析を読む ↓
発表概要
プラットフォームは、IBM Quantum Nighthawk r2プロセッサーとORNLの高性能計算システム「Umbra」を組み合わせる。UmbraはAMD Instinct MI355X GPUと第5世代AMD EPYC CPUで構成される。 量子プロセッサーと古典計算古典計算Classical Computing / Classical Computation0と1のビットを使って計算する、現在一般に使われているコンピューターによる計算方式。QI補足量子計算との比較対象として使われるが、CPU、GPU、スーパーコンピュータや専用アルゴリズムまで含み得るため比較条件に注意したい。資源を物理的に近接させ、量子ビット量子ビットQuantum Bit / Qubit量子コンピュータで情報を表す基本単位。0と1のどちらかだけでなく、それらを重ね合わせた量子状態を取れる。QI補足量子ビット数が多いほど必ず高性能とは限らない。誤り率、接続性、コヒーレンス時間や論理量子ビット数も重要になる。の誤りを特定するデコーダーや、計算途中の測定結果に応じて処理を変える条件付き実行の遅延を抑える。研究者は個別にインフラを構築せず、量子アルゴリズム、QEC手法、量子・古典ワークフローを実機環境で試せる。 Nighthawk r2は正方格子型の接続構造、高い回路スループットスループットThroughput一定時間あたりに処理できる仕事量を示す指標。量子計算では、回路やジョブをどれだけ速く繰り返し実行できるかなどを表す。QI補足スループットの定義や単位は企業・システムごとに異なる。比較する際は、単なる実行回数だけでなく、回路規模や精度、待ち時間などの条件も確認したい。、リアルタイムのパルス制御に対応する。計算途中での測定や、その結果に基づくフィードバック、測定の生信号を使った評価も可能だとしている。 検証対象には、内側と外側の2層の符号を用いる階層型誤り訂正も含まれる。プラットフォームで得られる知見は、IBMが2029年までの提供を計画する耐故障性量子コンピューター「IBM Quantum Starling」の開発にも反映される予定である。
重要ポイント
- IBM Quantum Nighthawk r2と、AMD製GPU・CPUを搭載したORNLのHPCシステムUmbraを同一環境に配置した
- 量子誤り訂正のデコードとリアルタイムフィードバックに必要な、低遅延の量子・古典連携を対象とする
- 研究者は基盤を独自構築せず、QEC手法やハイブリッドワークフローを実機上で開発、検証できる
- GPUを使った大規模なデコーダーの訓練・評価や、2層で処理する階層型誤り訂正の研究を想定する
- 成果はIBM Quantum Starlingの設計に活用され、米エネルギー省のGenesis Missionとも整合するとしている
技術・事業上の意味
QECでは、量子プロセッサーが出力する誤り情報を古典計算機が迅速に処理し、次の量子操作へ反映する必要がある。量子ハードウェアとGPU・CPUを併設する今回の基盤は、通信遅延を含む実際のワークフローの中で、デコーダーの処理能力や必要な古典計算資源を評価できる点に技術的な意味がある。 研究者がインフラ統合よりもアルゴリズムやワークフローの開発に集中できれば、将来の耐故障性量子システムに必要なハードウェア、ソフトウェア、ネットワークの要件を早期に整理しやすくなる。一方、利用できる研究者の範囲、提供条件、費用、遅延やデコード性能の具体的な数値は明らかにされていない。
今後の注目点
まず、研究者の利用範囲や提供条件が示されるかに加え、量子・古典間の遅延やデコーダーの処理速度に関する具体的な測定結果が焦点となる。階層型誤り訂正を実機でどの規模まで動かせるか、誤り率や必要な計算資源を含む評価にも注目したい。さらに、得られた成果がIBM Quantum Starlingの設計や、Genesis Missionが掲げる100論理量子ビット論理量子ビットLogical Qubit複数の物理量子ビットと量子誤り訂正を使い、エラーから保護された1つの量子ビットとして扱う情報単位。QI補足「論理量子ビットを作った」だけでFTQCが完成したとは限らない。論理エラー率や演算性能、スケール可能性を確認したい。・10万回の高難度演算という目標にどう結び付くかが判断材料となる。
✍️ Quantum Indexの視点
今回の発表は、量子誤り訂正量子誤り訂正Quantum Error Correction / QEC複数の物理量子ビットに情報を分散して持たせ、量子状態を直接壊さずにエラーを検出・訂正する技術。QI補足実施しただけで実用的な耐障害性が得られるわけではない。論理エラー率が物理エラー率より改善しているかが重要になる。(QEC)の性能記録を更新したものではない。しかし、IBMの量子プロセッサー量子プロセッサー量子プロセッサ / Quantum Processor / Quantum Processing Unit / QPU量子ビットを搭載し、量子ゲートや測定などの量子計算処理を実行するハードウェアの中核部分。QI補足QPUの性能は量子ビット数だけでは判断できない。ゲート忠実度、接続性、速度、エラー率などを合わせて見る必要がある。とAMDのGPU・CPUを同一環境に統合し、将来の耐故障性量子コンピューター(FTQCFTQCFault-Tolerant Quantum Computing / FTQC量子誤り訂正を用い、物理的なエラーが起きても正しい計算を続けられるようにする、将来の本格的な量子計算の方式。QI補足量子誤り訂正の実証とFTQCの実現は同義ではない。論理エラー率、必要な物理量子ビット数、論理ゲート性能などが重要になる。)に必要な古典計算古典計算Classical Computing / Classical Computation0と1のビットを使って計算する、現在一般に使われているコンピューターによる計算方式。QI補足量子計算との比較対象として使われるが、CPU、GPU、スーパーコンピュータや専用アルゴリズムまで含み得るため比較条件に注意したい。基盤を実機で検証できるようにした点は、着実な進展と評価できる。
IBMはこれまで、量子ビット量子ビットQuantum Bit / Qubit量子コンピュータで情報を表す基本単位。0と1のどちらかだけでなく、それらを重ね合わせた量子状態を取れる。QI補足量子ビット数が多いほど必ず高性能とは限らない。誤り率、接続性、コヒーレンス時間や論理量子ビット数も重要になる。数の拡大から高忠実度化、量子優位性量子優位性Quantum Advantage / Quantum Computational Advantage特定の問題で、量子コンピュータが古典計算より速度、精度、コストなどで実用上の優位を示すこと。QI補足「量子超越性」と同義とは限らず、実用性を含めて使われることが多い。主張を見る際は比較した古典手法と評価指標を確認したい。の追求へと開発を進めてきた。現在は、量子誤り訂正によるFTQCの実現に向けた研究も並行している。ここで重要なのは、Nighthawkが量子プロセッサー(QPU)の名称であるのに対し、2029年に計画するStarlingは、複数の量子モジュールや制御系を統合した量子コンピューターシステム全体の名称であることだ。
| 年 | 名称 | 分類 | 量子ビット数 | 主な特徴・位置付け |
|---|---|---|---|---|
| 2019 | Falcon | QPU | 27物理 | 初期のスケーラブルな設計 |
| 2020 | Hummingbird | QPU | 65物理 | 読み出し回路の多重化 |
| 2021 | Eagle | QPU | 127物理 | 100量子ビット突破 |
| 2022 | Osprey | QPU | 433物理 | 大規模化・高密度配線 |
| 2023 | Condor | QPU | 1,121物理 | 1,000量子ビット突破 |
| 2023〜 | Quantum System Two | NISQNISQNoisy Intermediate-Scale Quantum / NISQ誤り訂正が十分でない、数十〜数千規模程度のノイズを含む量子デバイスや、その技術段階を表す呼称。QI補足厳密な量子ビット数で区切られる分類ではない。FTQC以前の装置を広く指すため、具体的なエラー率や実行可能な回路を見る必要がある。システム | ― | 複数QPUを収容可能なモジュール型基盤。HeronやNighthawkを搭載 |
| 2023〜 | Heron | QPU | 133/156物理 | 高忠実度化、System Twoの主要QPU |
| 2024 | Flamingo | 実験用QPU | ― | モジュール接続技術を検証 |
| 2025〜 | Nighthawk | QPU | 120物理 | 高接続性・高速実行。今回r2を使用 |
| 2025 | Loon | 実験用QPU | 112物理 | QEC向け長距離結合を検証 |
| 2026(計画) | Kookaburra | 実験用QPU | ― | 論理演算と量子メモリーの統合 |
| 2027(計画) | Cockatoo | 実験用QPU | ― | 複数モジュール間の量子もつれ |
| 2029(計画) | Starling | FTQCシステム | 200論理 | 1億量子ゲートを目指す |
| 2033年以降 | Blue Jay | FTQCシステム | 2,000論理 | 10億量子ゲートを目指す |
※IBM公式ロードマップに基づく。量子ビット数は代表的な仕様。HeronやNighthawkには複数の改訂版がある。予定は達成済みの成果ではない。
この変遷からも分かるように、IBMは単に物理量子ビット物理量子ビットPhysical Qubit量子プロセッサ上で実際に作られ、操作される個々の量子ビット。論理量子ビットを構成するためにも使われる。QI補足搭載数が多くても、そのまま実用計算能力を意味しない。誤り率や接続性、論理量子ビットに必要な個数も重要になる。数を増やす方針から、量子ビットの品質や接続性、誤り訂正能力を重視する開発へと進んでいる。
今回使用するNighthawk r2が、そのままStarlingに搭載されるわけではない。Nighthawkを実験基盤としてQECの処理や量子・古典連携を検証し、その成果をStarlingの設計に反映するという関係にある。
QECでは、量子ビットの測定結果から誤りを推定する「デコード」を古典計算機が繰り返し実行する必要がある。特に、測定結果に応じて量子操作を変更する場合、デコーダーの演算性能だけでなく、QPUとの通信遅延も重要になる。今回の基盤では、AMD Instinct MI355X GPUによる大規模なデコーダーの学習・評価に加え、QPUとの低遅延連携を研究できる。
この動きは、NVIDIAとAMDによる量子計算インフラの主導権争いという観点でも興味深い。また、今回発表されたのは研究基盤の導入であり、QECの性能向上が実証されたわけではない。通信遅延、デコード時間、論理エラー率などの具体的な測定結果も示されていない。
今後の焦点は、この研究基盤が実際のQEC性能をどこまで改善し、2029年のStarling実現に貢献できるかにある。 量子コンピューターの開発競争は、QPU単体の性能だけでなく、誤り訂正を支える古典計算インフラを含めたシステム全体の実装能力へと広がっている。
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