Ambitious visionaries created the first startup companies in the fields of quantum computing and quantum networking in 1999. The community grew slowly at first, but since 2013 there has been an explosion of activity. The excitement for startups is so widespread that, as of March 2018, one report lists more than seventy-five companies, many of them founded within the last two years. Obviously it’s impossible for us to review seventy-five companies, but we want to give you an idea of the range of work under way in this vibrant field.

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Hardware Companies

Of course, quantum computing is something of a sterile field if no one ever builds quantum computers that can execute quantum algorithms. Several startup companies are competing to provide the first quantum computing to be broadly adopted in the market.

The best known startup in the field is inarguably D-Wave, founded by Geordie Rose in 1999 in Vancouver. At the time, the fidelity and memory lifetime of superconducting qubits was poor, and various designs for coupling between superconducting qubits were just beginning to emerge. Gate-based, error-corrected systems remained far off. D-Wave chose to create adiabatic quantum computing systems, which operate on very different principles than those we have discussed in this course. The adiabatic model does not run Grover’s algorithm and Shor’s algorithm, but is instead focused on solving optimization problems that can be rewritten as a certain kind of graph problem. Their systems began with four qubits, but have grown to over a thousand as they have solved problems with manufacturing, the on-chip circuits necessary to control the qubits, and such seemingly mundane but critical issues as shielding the system from stray electrical and magnetic fields and keeping the device at nearly absolute zero temperature. We will discuss adiabatic systems a little more in one of the final articles in this course.

For a long time, D-Wave was the only startup company daring to try to deliver a complete computing system to customers, but a number of other small companies supplied researchers with the equipment and services they need. For example, Oxford Instruments builds dilution refrigerators that use two isotopes of helium to create near-absolute zero temperatures, useful for both superconducting and quantum dot experiments. Cold Atom provides vacuum chambers suitable for ion trap experiments, and Advanced Quantum Technologies provides various forms of engineering support for building prototypes.

Over the last several years, researchers have begun to step out of their laboratories and create companies with the stated goal of delivering complete quantum computing systems to customers. In 2013, Chad Rigetti founded Rigetti Computing, which is building a superconducting system. Quantum Circuits, Inc. founded in 2015 by scientists from Yale University, is also working on superconducting systems of a somewhat different sort, and providing ancillary components along the way. Recently, our collaborator Jungsang Kim and his partner Chris Monroe have formed IonQ, which plans to deliver several ion traps optically connected to share entanglement, creating a more scalable system. Silicon Quantum Computing, in Australia, is working to emded a different type of atom into a silicon substrate, building on ideas that go back to the first proposed physical implementations. Other embryonic companies include Psi Quantum and Xanadu, both working toward optical quantum computers, and Turing, Inc., focusing on NV diamond. In total, more than fifteen startup companies, in addition to the big companies previously discussed, are working to build systems.

Software Companies

Of course, hardware is of little use without matching software, but programming systems that don’t yet exist requires a certain level of imagination. The startup companies Cambridge Quantum Computing Limited, QxBranch, 1QBit and QCWare are vying to accomplish this.

Some of these companies, rather than software packages, are providing software services. For a fee, they help companies determine which of their computationally intensive problems are suitable for solving using quantum computers, and if possible map some of them to run on the D-Wave machine or, in the short term, simulators of quantum computers in preparation for the advent of large machines. At least a half dozen consultancies have been founded, as well. At least three of these companies have been founded here in Japan: QuaNaSys, MDR, and Tokyo Quantum Computing.

One prominent software startup is Zapata Computing, which grew out of the laboratory of Alan Aspuru-Guzik, who was previously at Harvard University and is now at the University of Toronto. This is the laboratory where James Whitfield, who explained quantum chemistry to us back in Steps 1.9 and 3.21, conducted his Ph.D. research.

Quantum Networking Companies

In this course, we have not discussed quantum networking, but when talking about startup companies we would be remiss in not acknowledging the pioneering role played by quantum key distribution companies.

Quantum key distribution, which augments classical cryptography for communications, can be done using long-distance entanglement or single photons in superposition states. Creating long-distance entanglement has been a tremendous technological challenge, but creating single-photon states and detecting them has been feasible for a number of years.

In 1999, MagiQ Technologies was founded in New York. Two years later, id Quantique was founded in Geneva. After a lull of some years, they have recently been joined by Qubitekk, Quintessence Labs, and SeQureNet.

Besides the challenge of maintaining a high-fidelity quantum photonic state (whether polarization or time bin) over a long distance and detecting individual photons, these companies have been at the forefront in integrating their technology into large classical computing and network systems.

Researchers in China have conducted some of the most successful quantum entanglement experiments, using a satellite as well as terrestrial fiber. The startups Qasky and QuantumCTek have both spun out of this effort.

スタートアップ

野心的で先見の明を持った人達は、1999年に量子コンピューティングと量子ネットワークの分野で最初のスタートアップ企業を創設しました。コミュニティは最初はゆっくりと成長しましたが、2013年以降、活動の爆発的な増加が続いています。2018年3月現在、過去2年間に設立された75社以上の企業があるレポートに掲載されています。 明らかに、私たちが75社を見直すことは不可能ですが、この活気やビジネスの幅の広さが伝われば幸いです。

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ハードウェア企業

もちろん、量子計算は、量子アルゴリズムを実行できる量子コンピュータを誰も構築することができなければ、もはや不毛な分野でしょう。色々なスタートアップ企業は、市場で広く採用される最初の量子コンピューティングを提供するために競争しています。

この分野で最も知られているスタートアップは、1999年にバンクーバーでジョーディ・ローズによって設立されたD-Waveで間違いありません。当時、超伝導量子ビットの忠実度とメモリ寿命は貧弱で、超伝導量子ビット間の結合に関する様々な設計が現れ始めたばかりでした。ゲートをベースとしたエラー修正システムは、依然としてまだまだでした。 D-Waveは、断熱量子コンピューティングシステムの作成を選択しました。このシステムは、このコースで説明したものとは非常に異なった動作原理を持ちます。断熱モデルはGroverのアルゴリズムやShorのアルゴリズムを実行するのではなく、ある種のグラフ問題として書き換えることができるような組み合わせ最適化の問題を解決することに焦点を当てています。彼らのシステムは4つの量子ビットから始まりましたが、製造工程、量子ビット制御用のオンチップ回路、およびたまに混入する電場や磁場からシステムを遮蔽したり、装置をほぼ絶対零度に保ったりといったような一見ごくありふれて見えるがとても重要な問題を解決するにつれて、現在では1000ビットを超えるシステムへと成長しています。このコースの最後の記事では、断熱システムについてもう少し詳しく説明します。

長い間、D-Waveだけが完全なコンピューティングシステムを顧客に提供するほど野心的な大胆なスタートアップ企業でしたが、他にもいくつもの中小企業が研究者への設備やサービスの提供を目的として立ち上がってきています。例えば、Oxford Instrumentsは超伝導実験や量子ドット実験に便利な希釈冷凍機を作っています。これは、ほぼ絶対零度の状態を実現するためにヘリウムの2種の同位体を利用しています。Cold Atomはイオントラップ実験に適した真空チャンバを提供し、Advanced Quantum Technologiesはプロトタイプを構築するための様々な形式のエンジニアリングサポートを提供しています。

ここ数年、研究者がラボを出て、完全な量子コンピューティングシステムを顧客に提供することを目標として名言した企業を創設するという現象が見られ始めています。2013年にはChad RigettiがRigetti Computingを創設し、超伝導システムの構築をしています。Quantum Circuits, Incは2015年にYale大学の科学者によって立ちあげられました。彼らは少し異なる種類の超伝導システムに取り組んでおり、その中で補助的な部品の供給を行っています。近年では、我々の協力者でもあるJungsang Kimと彼のパートナーのChris MonroeがIonQを興しました。IonQでは、より信頼性の高いシステムを構成を目指して、量子もつれを共有するために光学的に接続されたいくつかのイオントラップを供給する予定です。その他の萌芽的企業の中には、光学的量子コンピュータを目指しているPsi QuantumやXanadu、NV diamondに注目するTuring, Incなどが在ります。合計で、これまでに取り上げた大企業に加えて、15社を超えるスタートアップ企業がシステムの構築に取り組んでいます。

ソフトウェア企業

もちろん、ハードウェアはぴったり合うようなソフトウェアなしではほとんど使用されませんが、まだ存在しないプログラミングシステムにはある程度の想像力が必要でしょう。スタートアップ企業のCambridge Quantum Computing Limited, QxBranch, 1QBit and QCWareがこれを達成するために競争しています。

これらの企業の中には、ソフトウェアパッケージというよりソフトウェアサービスを提供しているものもあります。彼らは有償で企業がもつ計算量の多い問題のうち、どれが量子コンピュータで解くのに適した問題かを判定する助けをしたり、可能な場合には、今後の大規模なマシンの到来に向けての準備として、D-Waveやもしくは今後しばらくの間は量子コンピュータのシミュレータで実行するために問題を変形したりしています。同様なコンサルティング企業が少なくとも数社は設立されています。QuaNaSys、MDR、Tokyo Quantum Computingの3社以上が日本に拠点を置いています。

著名なソフトウェアのスタートアップの1つはZapata Computingです。この企業は、以前はハーバード大学のトロント大学に在籍していたAlan Aspuru-Guzikの研究室から生まれました。 これは、1.9と3.21で私たちに量子化学を説明したJames WhitfieldがPh.D.を行った実験室です。

量子ネットワークの企業

このコースでは量子ネットワークについての話はしてきませんでした。しかし、スタートアップについて語る際に量子鍵配送の会社が草分けとして果たした役割を認めないのは片手落ちというものでしょう。

量子鍵分配は、通信に用いられる古典暗号を補強する技術であり、長距離エンタングルメントや重ね合わせ状態の単一光子を使うことで実行できます。長距離エンタングルメントを作成することは、非常に大きな技術的課題でしたが、対照的に単一光子状態を作成して検出することは、長年にわたって実現可能でした。

1999年にMagiQ Technologiesはニューヨークに設立されました。 2年後、id Quantiqueはジュネーブに設立されました。数年の間動きはありませんでしたが、近年彼らはQubitekk、Quintessence Labs、SeQureNetに加わりました。

これらの企業は、長距離にわたって高忠実度の量子フォトニック状態（偏光または時間ビン）を維持し、個々の光子を検出するという課題の他に、それらの技術を大規模な従来型のコンピューティングおよびネットワークシステムに統合する最前線にい続けています。

中国の研究者は、衛星と地上のファイバーを使い、最も成功した量子絡み合いに関するいくつかの実験を行ってきました。 スタートアップ企業ののQaskyとQuantumCTekは、こうした試みからスピンアウトした企業です。