何があったのか

MicroCloud Hologramは、量子状態ベクトルとユニタリ行列の乗算、および最終的な確率的測定サンプリングという量子アルゴリズムの本質的な計算構造を、汎用CPU・GPUの命令列に頼るのではなく、専用のハードウェアデータパス上で直接処理する設計を発表した。アーキテクチャ全体はHDL(ハードウェア記述言語)でモデル化され、FPGAプラットフォーム上で機能検証を行ったとされる。同社発表によると、30量子ビットを扱うシステムのシミュレーションで、ゲート実行速度が従来のソフトウェアシミュレータ比で2桁高速化し、消費電力は従来のGPUシミュレータの5分の1程度に抑えられたという結果が得られたとしている。

同社はこの1か月あまりの間に、2月のFPGAベース表面符号量子シミュレータ、5月のFPGA量子フーリエ変換階層IPコア生成器、6月1日の今回の専用アーキテクチャ、6月25日の近似量子状態準備アルゴリズムと、関連する発表を連続して行っている。

なぜ今までできなかったのか

量子コンピュータの動作を古典コンピュータ上で再現するシミュレーションは、量子アルゴリズムの検証や新しいハードウェア設計の事前評価に欠かせない手法である。しかし量子状態は量子ビット数nに対して2のn乗個の複素振幅を持つため、扱う量子ビット数が増えるほど必要なメモリと計算量が指数関数的に膨張する。汎用CPUやGPUによる従来のソフトウェアシミュレータでは、メモリアクセスの遅延、計算資源の競合、逐次処理のボトルネックが重なり、20量子ビットを超えたあたりから実用的な計算時間での処理が難しくなるとされている。