包括的なアーキテクチャシリーズにおいて、IonQは「Walking Cat」ブループリントを詳述した。これは、イオントラップ技術を利用した耐障害性量子コンピュータ（FTQC）の完全なエンジニアリング仕様である。このアーキテクチャは、2つの実証済みハードウェア能力、すなわち高忠実度2量子ビットゲート（99.99%超）とQuantum Charge-Coupled Device（QCCD）チップ内での信頼性の高いイオン輸送を活用することで、理論的な誤り訂正と物理的実装との間のギャップを埋めるよう設計されている。特殊なゾーンのグリッド上でイオンを物理的にシャトル輸送することで、このシステムは超伝導プラットフォームに共通する固定配線の制約なしに、任意の量子ビット間接続を実現している。
このブループリントは、古典的コンピュータアーキテクチャから派生したHMRS原則—階層性、モジュール性、規則性、簡潔性—を中心に構成されている。システムの全コンポーネントにわたって、Quantum Low-Density Parity-Check（QLDPC）符号、具体的には一般化自転車符号と巡回ハイパーグラフ積符号の統一フレームワークを利用している。この技術的選択により、単一のデコーダがメモリブロック、「cat factories」（論理測定用）、「magic state factories」（非Cliffordゲート用）を管理できるようになり、耐障害性スタックのエンジニアリング複雑性が大幅に削減される。
このアーキテクチャの名称は、その動作メカニズムを反映している。「Cat状態」は、論理測定を実行するための非破壊プローブとして使用される。これらは論理量子ビットと相互作用して、基礎となる量子情報を崩壊させることなく誤りシンドロームを抽出する。「Walking」は、これらのイオンがゲート実行とリセットのための専用ゾーンへQCCDグリッドを通じて物理的に移動することを指す。この可動性により、アーキテクチャは複雑な配線ではなく機能ゾーンを追加することでスケールでき、2030年までに200万物理量子ビットと8万論理量子ビットに到達するというIonQの長期目標を支援している。
IonQは、材料科学におけるこのアーキテクチャの有用性について定量的ベンチマークを提供した。100サイトのHeisenbergハミルトニアンを化学精度でシミュレートする—古典的には解決困難と考えられるタスク—には、「Walking Cat」は約1万物理量子ビットを必要とする。このようなシミュレーションの推定実行時間は約1ヶ月である。さらに、チームは20ビット整数に対するShorの周期発見アルゴリズムを102量子ビットインスタンスに正常にコンパイルすることで、このアーキテクチャの論理命令セットの汎用性を実証した。
このブループリントの重要な特徴は、物理量子ビットの損失とリークを処理するよう設計された専用コンポーネントである量子ビットファクトリーである。原子イオンはトラップから時折失われる可能性があるため、このアーキテクチャは失われたイオンをリアルタイムで検出・置換するローカルリザーバーを組み込み、QLDPCブロックの破損を防止している。この「クローズドループ」動作モデルは、ストリーミングデコーダと組み合わされ、耐障害性命令に必要な長時間実行をシステムが維持できることを保証している。
コンパイラ、論理アーキテクチャ、マイクロアーキテクチャをカバーするエンドツーエンド仕様を提供することで、IonQは量子コンピューティングの次の時代に向けた構築可能なベースラインを確立した。このアーキテクチャは構成可能に設計されており、研究者は実行される量子アルゴリズムの特定要件に応じて速度と忠実度の「スライダー」を調整できる。
IonQのWalking Cat Architectureに関する完全な技術ブログシリーズおよびarXivの原著論文にアクセスできる。比較のため、耐障害性システムのアーキテクチャブループリントに関する過去の報道、および中性原子アレイの並行アーキテクチャ研究も参照されたい。
2026年5月7日
