量子コンピューティングを左右するハイテク真空バルブ

量子コンピューターとは？従来のコンピューターとは異なり、量子コンピューターは、電気が流れているかどうかではなく、量子の状態を基準にして計算を行う。簡単に言うと、従来のコンピューターは、互いに排他的な2つの状態を扱う。0か1、電気が流れているか流れていないかです。量子技術では、物質の最小単位である粒子の重ね合わせや絡み合いの効果を利用して、この2つの状態を組み合わせます。その結果、計算ステップは、もはや直列的に、つまり次々と実行されるだけではなく、並列的に実行されるようになります。

フラウンホーファー研究機構の会長であるライムント・ノイゲバウアーは、2021年6月のフランクフルター・アルゲマイネ・ツァイトゥング紙のインタビューで、「これは大きな飛躍です」と説明しています。100個の量子ビットを搭載したコンピューターと101個の量子ビットを搭載したコンピューターがあったとしたら、後者の方がわずかに性能が良いだけでなく、2倍の性能を発揮することになります。キュービット（Qbit、Q-bitとも呼ばれる）は、量子ビットの略。量子コンピューターにおける最小の記憶単位であり、その指数は従来のコンピューターで使用されているビットと同様に使用されます。

量子コンピューティングの時代が始まった

この新しい技術は1990年代に登場し、2016年にはIBMが量子コンピューティングの時代を切り開いたと評価されてます。それもそのはず、同社は5量子ビットと15量子ビットのシステムを初めて公開し、超高速コンピューターの利用に画期的な変化をもたらしました。そのわずか1年半後には、50量子ビットの大台を突破しました。

2021年6月16日、フラウンホーファー研究機構とIBMは、欧州初の商用量子コンピューターを発表した。メディアの反響は大きかった。キーテクノロジーとして各方面から認知され、それに見合った資金援助も受けました。今のところ、この技術はまだ初期段階にありますが、今回の発表は、コンピューティングの能力とアプリケーションにおいて大きな飛躍となりました。

この新技術は、大量のデータや変数を含む複雑な解析が必要な場合に大きなメリットを発揮します。例えば、航空機の流れのシミュレーションや、機械のデータのシミュレーションなどです。複雑な関係を電光石火の速さで計算できる強力なコンピューターは、宇宙・気候研究の分野全体に恩恵をもたらします。

また、医療分野への応用も考えられます。10万種類以上の有効成分のデータベースを検索して、特定のウイルスにどのような組み合わせで作用するかを調べるのは、複雑な計算です。量子コンピューターは並列計算が可能なので、経済的にも合理的な時間で計算ができます。つまり、従来のコンピューターでは数日、数週間、数ヶ月かかることが、量子コンピューターでは1時間、2時間で実現できるのです。

量子コンピューターは優れた才能を持っています

特別な挑戦なしに新しいテクノロジーは生まれません。「量子体積」という指標によりシステムの品質、安定性、耐久性、エラーの発生しやすさを示しております。量子コンピューターのハードウェアは、非常に故障しやすく、環境の変化や衝撃がシステムを危険にさらします。また、原子の重ね合わせや絡み合いの効果は非常に特殊な条件下でのみ働くため、原子の量子状態を正確に制御する必要があります。

コンピューターの部品の中には、絶対零度に近い温度でなければならないものもあります。これを実現する冷却装置は、希釈冷却方式です。VATは、そのような希釈式冷凍機用のベローズやバルブを提供しています。また、量子コンピューターには数平方センチメートルの小さな真空チェンバーが内蔵されておりますが、超高真空（UHV）が必要不可欠です。

つまり、0ケルビン（マイナス273.15℃）に近い温度までの継続的な冷却と超高真空がなければ、機能的な量子コンピューターなど存在できません。長い間、新しいコンピューターは、動作可能なデリケートな条件を確保するために、ひっそりと隔離された場所にしか設置されませんでしたが、将来的には、より強靭なデバイスがデータセンターで広く普及されますので、これまで以上にハイテクバルブが必要となります。