Sandia、Quantinuum、NVIDIAが物理および論理量子性能をベンチマークするQUOPSフレームワークを発表

Sandia National Laboratoriesが主導し、QuantinuumおよびNVIDIAと協力して行った研究コラボレーションが、Quantum Universal Operations Performance System (QUOPS)を発表しました。arXiv（arXiv:2609.12146）に掲載された複数機関による論文および公開ソフトウェアリポジトリで公開されたQUOPSは、物理量子ビットおよび論理量子ビットの両プラットフォームにわたって統合量子コンピュータの性能を測定するために設計された、アーキテクチャ非依存のベンチマーキングフレームワークであり、従来のコンポーネントレベルの指標（生の量子ビット数や単体ゲート忠実度など）の限界に対処するものです。

QUOPSは、コンパイル、誤り訂正、シンドローム復号、誤り緩和を組み込んだシステム全体の実行を評価し、任意角度の単一量子ビット回転RP(θ)およびCNOTゲートのランダム化されたレイヤーを、様々な回路幅（w）および深さにわたって実行します。このベンチマークは2つのトップレベルシステム指標を生成します：Q（QUOPSスコア）は、ユーティリティ動機付けの幾何学的ボリューム（w² ≤ s ≤ w³）内で、最小平均プロセス偏極閾値1/√e ≈ 61%で正常に実行された最大回路サイズs = 2 × w × depthを定義し、Ω（QUOPSレート）は、誤り緩和またはポストセレクションによるサンプリングオーバーヘッドを考慮した上で、1秒あたりに実行された正味の操作スループットを測定します。

この出版物は、主要ハードウェアにわたる直接的なクロスプラットフォームのベースライン測定結果を提供しています：QuantinuumのHelios-1は物理スコアQ = 1,504（リークポストセレクション時1,824）を達成し、GoogleのWillowは2.0 × 10⁷ QUOPS/sでQ = 216を達成、IBMのibm_bostonは3.1 × 10⁵ QUOPS/sでQ = 204に達しました。さらに、チームはHelios-1上で最大8個のSteaneエンコード[[7,1,3]]論理量子ビットを使用した完全なフォールトトレラント論理アーキテクチャ上でQUOPSを実行し、アクティブなマジックステート注入とシンドローム抽出を伴う論理Clifford+T回路実行を実証して、Ω = 4.9 QUOPS/sでQ = 40を達成しました。

米国エネルギー省（DOE）のQuantum Computer for Application Development and Discovery Science（QC ADDS）イニシアチブを含む連邦政府の調達目標に整合するよう開発されたこのフレームワークは、NVIDIA CUDA-Q、Quantinuum Guppy、TKET（pytket）、SandiaのpyGSTiを含むオープンソースツールチェーンにネイティブに統合されています。標準的なユーティリティチャレンジ問題に対するリソース要件を実効QUOPS回路サイズにマッピングすることにより（RSA-2048の素因数分解にはQ ≈ 2.5 × 10⁸、FeMocoエネルギー固有値計算にはQ ≈ 3.4 × 10⁸の推定ターゲットとして、2億7,000万から3億7,000万QUOPSを見積もる）、このフレームワークは現在のハードウェアとユーティリティ規模のアプリケーション要件との間に残る5桁のギャップを定量化し、政府調達、ハードウェアロードマップ、およびフォールトトレラントアーキテクチャ検証のための標準化された指標を確立します。

技術的最新情報はSandia National Laboratoriesこちらで確認し、Quantinuumの業界発表はこちらでアクセスし、査読済みプレプリントはarXivこちらで精査し、オープンソースのベンチマーク実装はGitHubこちらで確認できます。

2026年9月14日