[ Diagram of Hybrid Quantum Architectures. Credit: Microsoft ]
量子プログラムの達成には、量子・古典プロセッサの統合が必要であることは合意が取れているだろう。当初の問題は、インターフェースの遅延によりプログラムの実行時間が増加してしまうことだった。特に、VQE（Variable Quantum Eigensolver）やQAOA（Quantum Approximimate Optimization Algorithm）といった新しいアルゴリズムは、古典プロセッサと量子プロセッサの間で何百、何千回もデータを行き来させて解を導く対話型アーキテクチャであった。
近年、Rigettiや IBMを含む多くの企業は、システムアーキテクチャの再構築と、インターフェイスの合理化により、遅延を防ぐためのより統合されたソリューションを展開している。Microsoftも同様に、上の図ではインタラクティブ・アーキテクチャとして示されている。
Quantinuumプロセッサーのファミリーは、古典・量子の統合をさらに強力にする可能性のあるミッドサーキット測定と呼ばれる機能を備えている。これによって Quantinuum QPUは、他の量子ビットの状態を保ったまま、個々の量子ビットを測定することができる。私たちが 「量子IF文」 と呼んでいるものだ(これについては2020年9月の記事をこちらでご覧ください)。得られるメリットは大きい。まず、量子ビットの再利用が可能になる点。量子ビットは、アルゴリズムの初期段階で使用し、測定後ゼロにすることで、後から再利用することができる。つまり必要な全体の量子ビットの数を減らせるということだ。
もう1つの用途は、古典的なプログラマーなら誰もが馴染んでいる条件分岐。より効率的でコンパクトな新しいタイプのアルゴリズムの開発が可能となる。これは新しい機能で、最近の論文でも使用しているものは一握りしか出ていない。また、様々な誤り訂正アルゴリズムを実装するのにも便利だろう。IBMのプロセッサーもダイナミックサーキットと呼ばれるこの機能を備えていますが、この機能をサポートしているところはまだありません。IBMのプロセッサーも、ダイナミックサーキットと呼ばれるものを備えている。しかし、この機能をサポートされていないようだ。
ミッドサーキット測定の全機能を完全にサポートするには、古典プロセッサとの非常に高速なインターフェースが必要となる。量子プロセッサは、特定の量子ビットを測定し、その結果を古典プロセッサに送り、古典プロセッサは次に何をすべきかを判断し、新しい命令を量子プロセッサに送り返す必要がある。しかもこの作業は、他の量子ビットが崩壊する前に行わなければならない。つまりこれが、 Microsoft が Azure に Quantinuumプロセッサーを統合した理由である。上の図では、「Integrated architecture step」 として示されえいる。Microsoftの Azure Quantum システムには、他にもいくつかのプロセッサが接続されているが、現在、回路途中（ミッドサーキット）の測定をサポートしていないため、この統合ステップを利用できるとは考えていない。
Microsoftによるこの新しい機能の導入の詳細については、Fabrice Frachon氏のブログ で説明されており、それぞれの機能についてより一般的に考えられているドキュメントとビデオ 、Krysta Svhere氏による古典的/量子処理の重要性についてのより重要なブログ を読むことができる。
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原記事（Quantum Computing Report）
https://quantumcomputingreport.com/
翻訳：Hideki Hayashi