SEEQCは、10 mKで統合されたデジタル超伝導ロジックを備えたフルスタック量子コンピューティングシステムの動作を記録した研究をNature Electronicsに発表した。この研究は、超伝導デジタル制御回路が5量子ビット量子チップと同一の極低温環境内に統合された「アクティブ」量子処理ユニット(QPU)を実証している。このアーキテクチャは、フリップチップボンディングを利用してマルチチップモジュールを作成し、デジタルロジックが量子ビットと並んで機能することを可能にしている。この実装は、各量子ビットに個別の制御線が通常必要となる「配線のボトルネック」というシステムレベルの課題に対処することを意図している。
このハードウェアは、希釈冷凍機内で局所的に制御信号を生成するためにSingle Flux Quantum(SFQ)デジタルパルスを利用している。制御ロジックを室温から極低温段階に移すことで、システムはデジタルデマルチプレクシングを採用し、共有経路を通じて複数の量子ビットにパルスを分配する。この方法は、量子ビット数に対する制御線の線形スケーリングを打破し、熱負荷と配線密度を削減するように設計されている。SFQパルスは量子ビットあたりナノワット単位で測定される電力消費で動作し、ミリケルビン環境の冷却制約と互換性がある。
5量子ビットプロセッサからの実験データは、デジタル制御ロジックの近接が量子ビットの性能を低下させないことを示している。この研究は、単一量子ビットゲート忠実度が99.5%を超え、ピーク結果は99.9%に達したと報告している。ベンチマーク実験はまた、高周波デジタル電子機器にさらされた超伝導回路における一般的なデコヒーレンスメカニズムである検出可能な準粒子ポイズニングの欠如を確認した。この検証は、超伝導デジタルロジックが禁止的なノイズや熱を導入することなく量子ビットと共存できることを実証している。
ミリケルビンレベルでの制御機能の統合は、従来の室温電子機器やクライオCMOSコントローラに代わる選択肢を提供する。室温システムは規模拡大時に熱と複雑さをもたらす高密度の同軸ケーブルを必要とするのに対し、SEEQCのアプローチは制御スタックの物理的フットプリントとエネルギー消費を最小化する。このアーキテクチャの転換は、量子ハードウェアを集積回路モデルに向けて進め、データセンタークラスのインフラストラクチャに必要な製造性と集積密度を備えたシステムの開発を促進することを意図している。
このデジタル電荷制御の実証に続いて、SEEQCの技術ロードマップには、デジタルフラックス制御とデジタル量子ビット読み出しをダイ上に直接統合することが含まれている。これらの追加的な古典的機能を統合することで、外部のマイクロ波ベースの制御インフラストラクチャの要件がさらに削減される。プロジェクトの目的は、量子演算と古典演算が同一の極低温プラットフォーム内で行われる完全統合型量子システムを設計し、実験室プロトタイプから反復可能でスケーラブルな量子プロセッサへの移行を支援することである。
SFQデジタルパルス制御とゲート忠実度メトリクスに関する技術的詳細については、Nature Electronicsの記事を参照されたい。フルスタックシステムアーキテクチャに関する詳細情報も入手可能である。
2026年3月21日
