量子コンピューティングのQuantum Source、フォールトトレラント量子計算への工学的ロードマップを示す技術レポートを公開

Quantum Sourceは、スケーラブルなフォトニック量子コンピュータの開発を進めるスタートアップとして、フォールトトレラント量子計算（FTQC）への世界的な取り組みを工学的観点から整理した新レポート「From Qubits to Logic: Engineering Fault-Tolerant Quantum Systems」を公開しました。The Quantum Insiderと共同で作成された本レポートは、主要な量子ビット（キュービット）方式を横断的に比較し、物理キュービットの性能、量子誤り訂正（QEC）戦略、スケーラビリティを結びつける包括的なフレームワークを提示しています。レポートは、フォールトトレランスへの道筋が理論課題から工学課題へとシフトしつつあり、「どれだけ大規模に実装し、制御・アーキテクチャ・誤り訂正を統合できるか」が勝負になっていると強調しています。

レポートでは、フォールトトレラント量子計算を「個々の物理ゲートや測定に誤りがあっても、任意に長い計算を信頼性高く実行できる能力」と定義し、その実現には多数の物理キュービットにまたがって論理キュービットを符号化し、継続的な誤り検出と訂正を行う必要があると説明しています。GoogleのWillowプロセッサがサーフェスコードの閾値を下回る誤り抑制を実現したことや、Quantinuumが「物理ゲートを上回る精度の論理ゲート」を実証した最近の成果は、論理キュービットが物理キュービットの忠実度を超えつつあることを示しており、実用的な量子マシンに向けた重要な転換点だとしています。Quantum SourceのHead of TheoryであるMichael Slutsky氏は、「過去20年以上にわたり量子誤り訂正の理論は成熟してきましたが、ここ数年でさまざまなハードウェア上に初の“機能する論理要素”が現れ、着実な性能向上が観測されています。まだ道半ばですが、“フォールトトレラントの未来”の輪郭が見え始めています」と述べています。

本レポートは、現在の量子ハードウェアを、「キュービットキャリアの物理的性質（物質系か光子系か）」と「計算モデル（回路型か測定型／MBQCか）」という2軸で整理し、各モダリティの制約と可能性を明らかにしています。超伝導キュービットは高速ゲートと成熟した製造技術を持つ一方で、極低温配線とプロセス変動がスケールの制約となり、トラップドイオンは最高レベルの忠実度と全結合性を持ちながら、モード混雑や制御の複雑さが課題となるなど、どの方式も一長一短があると指摘します。中性原子、半導体スピン、フォトニックキュービットも、それぞれコヒーレンス、CMOS互換性、室温動作やネットワーク性などの強みと、2量子ビットゲートの忠実度やフォトンロスといったボトルネックを抱えています。現時点で「フォールトトレランスに最も近い」方式は存在せず、ハイブリッドアプローチが未検証ながらも有望な領域であり、Quantum Sourceはその中核となる決定論的な原子–光子アーキテクチャの開発に注力していると述べています。

レポートの中心では、測定型フォトニック量子計算における確率的な二光子融合ゲートを、決定論的な原子媒介エンタングルメントに置き換えるQuantum Sourceのハイブリッドプラットフォームが紹介されています。従来のフォトニックMBQCでは、低いエンタングルゲート成功率を補うために、数百万規模の同期光源やスイッチが必要でしたが、Quantum Sourceの設計では高フィネス光学キャビティ内の単一原子を「再利用可能なエンタングルメント媒介体」として用いることで、フォトニッククラスタ状態を効率的に生成します。具体的には、1つ目の光子を原子と絡み合わせ、その原子状態を2つ目の光子にマッピングすることで、原子を介して2つの光子を決定論的にエンタングルさせる仕組みです。同じ原子がこのプロセスを繰り返し行えるため、必要な光源・スイッチ・検出器の数を大幅に削減しつつ、室温フォトニックシステムとの互換性も維持できます。CEOのOded Melamed氏は、「チップ上で決定論的な光子–原子相互作用を活用することで、これまでにない効率でエンタングルドフォトニック状態を生成できるコンパクトでスケーラブルなアーキテクチャを実現します」と語っています。レポートは、フォールトトレラント量子計算が技術的・戦略的に重要な転換点にあると位置づけ、今後10年で論理キュービットが物理キュービットを上回り、100万キュービット級システムが現実的な工学的ターゲットになると予測しています。ハードウェア・ソフトウェア・誤り訂正スタックの共同最適化と、複数モダリティへの分散投資が業界・政策双方にとって鍵になるとし、その中でQuantum Sourceのような原子–光子ハイブリッドアプローチが重要な役割を果たし得ると結論づけています。

Quantum Sourceについて
Quantum Sourceは、スケーラブルなフォトニック量子コンピュータの実現を目指す量子テクノロジースタートアップです。決定論的な原子–光子アーキテクチャを核に、室温で動作するフォトニックプラットフォームと量子誤り訂正を統合し、将来のフォールトトレラント量子計算に向けたハイブリッド量子システムの開発を進めています。同社は、論理キュービットスケーリングを可能にする次世代の量子ハードウェア設計に注力し、モジュール型・分散型の量子コンピューティングアーキテクチャの実現を目指しています。