コンピューティング
量子コンピュータのデイジーチェーンは可能か？ 研究者が答えを出した
Securities.io を Google の優先ソースに追加
量子コンピューティングのスケールアップ
Quantum computers are expected to one day become the core technology for advanced computation within biotechnology, material sciences, finances, cryptography, and other complex systems that silicon-based computers struggle to deal with.
しかし、量子コンピュータがより一般的になるのを阻んでいる要因が二つあります。
第一の要因は、システム内の量子ビット（二進ビットに相当する量子の単位）数が増えるほどエラー率が高くなり、わずかな不安定さがドミノ効果を引き起こすことです。
これらは、Google (GOOGL ) and its Willow chipによる最近の進展のおかげで、量子ビットを増やすほどエラー率が低減することが実現し、すぐに過去の問題になるかもしれません。
もう一つの課題は、個々の量子コンピュータがどれだけ大きくなるかにサイズ上限がある可能性があることで、シリコンチップが電源供給や過熱などの問題に直面してそれ以上の性能向上ができないのと同様です。
この問題も、オックスフォード大学の研究者たちの取り組みのおかげで解決に向かっている可能性があります。彼らは、シリコンチップを使用したサーバーが動作する方式に似た、分散型量子コンピュータネットワークを構築し、量子スーパーコンピュータへの道を切り開く可能性を示しました。
彼らは、権威ある学術誌Natureにて、タイトル「Distributed quantum computing across an optical network link」1で結果を発表しました。
量子コンピュータの接続
現在、量子コンピュータは数百、あるいは最先端のものでは数千の量子ビットを含む孤立したユニットとして動作しています。
問題は、システムが大きくなるほど、環境からの不安定性や擾乱が増え、コンピュータが依存する量子効果を妨げるため、規模拡大が極めて複雑になることです。
同時に、実用的な計算には数百万の量子ビットが必要になる可能性があり、量子コンピュータ同士を接続できない限り、業界は行き詰まりに陥る恐れがあります。
そして、量子コンピュータはシリコンチップとは大きく異なるため、実現は容易ではありません。従来のコンピュータでは、0と1は電気信号であり、比較的簡単に別のマシンへ伝送できます。
量子コンピュータでは、量子ビットの量子状態そのものを通信しなければなりません。これらの量子状態は、通常、絶対零度にわずか数度上の超低温といった極めて特殊な条件下でしか安定させることができません。
量子テレポーテーションの活用
過去の量子テレポーテーション実験
2025年1月、光ファイバーにおける量子テレポーテーションが可能であるという最初の兆候を報告しました. これは、通常の光ファイバーネットワーク上で「通常」のデータストリームと共に伝送できる可能性があることを示唆していました。
サイエンスフィクション映画のような空想的な概念に聞こえるかもしれませんが、量子テレポーテーションは実際に数十年にわたり研究されてきた現象です。
これは、2つの異なる粒子が「ペア/結合」されるときに起こり、量子もつれと呼ばれます。
この場合、2つの粒子がリンクされると、距離に関係なく遠距離で情報を交換します――物理的に情報を運ぶことなくです。場合によっては、情報交換が光速より速く起こる可能性さえあり、理論上は不可能とされています。
これは非常に重要な第一歩であり、ケーブルが量子コンピュータ間で量子テレポーテーションを実行できるため、新たな技術は不要であることを示しました。
しかし、まだ2つの量子コンピュータ間の直接接続には至っていませんでした。
量子ビットの接続
このステップはオックスフォードの研究者が達成したものです。彼らは光ファイバーを用いて量子ビットを接続し、光子（光の粒子）を使ってもつれさせました。
出典: Nature
実験室での実験では、モジュールは約2メートル離して配置され、それぞれが専用のネットワークと回路量子ビットを含んでいました。しかし、より長い距離も実現可能です。
これらの相互作用を慎重に調整することで、別々の量子コンピュータに収められた量子ビット間で、量子コンピューティングの基本的な操作である論理量子ゲートを実行できるようになります。
このブレークスルーにより、異なる量子プロセッサを実質的に「配線」して、単一の完全に接続された量子コンピュータに統合することが可能になります。
出典: Nature
使用された量子コンピュータはトラップイオンモジュールでした。トラップイオン量子コンピュータは一般的に量子ビット数は少ないものの、はるかに高い信頼性と効率性を持ち、同等数の量子ビットで他の量子コンピューティング手法に比べて100〜1,000倍の信頼性の高い結果を得られます。
出典: Quantinuum
高効率
ネットワーク化された量子ビット間のもつれは、86％の忠実度を達成しました。
量子コンピュータが通常のコンピュータを大幅に上回る有用なベンチマークであるGroverの探索アルゴリズムを実行した際、成功率は71％でした。
Groverの探索アルゴリズムは、重ね合わせとエンタングルメントという量子現象を利用して多数の可能性を並列に探索し、通常のコンピュータよりはるかに高速に大規模で構造化されていないデータセットから特定の項目を検索します。
これは非常に高い数値であり、特に手法の最適化や改良が行われる前の初めての成果であることを考えると際立っています。
この発見の影響
量子スーパーコンピュータ？
これは、量子コンピュータを構築する全く別の方法への道を開き、スーパーコンピュータが計算を相互に通信する個別のサブシステムから構成される方式を模倣しています。
このようなシステムは、ますます複雑化する巨大な集中型量子コンピュータを必要とせず、驚くほどモジュラーな構造になるでしょう。
フォトニックリンクでモジュールを相互接続することで、システムは貴重な柔軟性を獲得し、モジュールをアップグレードまたは交換しても全体のアーキテクチャを乱すことがありません。
出典: Nature
トラップイオン技術の復活
これまで、トラップイオン技術はより信頼性が高く、実用に最も近いものでしたが、システムに量子ビットを追加することの難しさに制約されていました。そのため、超伝導量子ビットを使用する他のシステムが量子コンピュータの最終形態になると期待されていました。
トラップイオン技術がネットワークの改善によりこの制限を克服できれば、上記の予測はもはや当てはまらなくなるでしょう。これにより、この分野に特化した企業は投資家にとってはるかに魅力的になります。
トラップイオン量子コンピューティング企業
IonQ
IonQはトラップイオン技術を用いる量子コンピューティング企業で、メリーランド大学とデューク大学の先駆的な科学者たちによって設立されました。2021年にNYSEに上場しました。
IonQの量子コンピューティングプラットフォームは99.9％の忠実度の結果を実現できます。現在、64バリウムイオンチェーンを使用し、36アルゴリズム量子ビット（AQ）を生成しています。このチェーン構造により、忠実度を損なうことなく他のトラップイオン設計よりもはるかに高速な計算が可能です。
出典: IonQ
IonQは2025年1月にQubitekkを買収し、同社のチームと118件の特許をIonQに加えました。 Qubitekkの専門は光子インターコネクトを用いた量子ネットワークで、量子クラスターを可能にし、量子インターネットの機能を進化させることです。
量子ネットワークは高度に安全な通信を促進し、最終的には分散型量子コンピューティングを可能にすべきです。この分野の急速な進展を考えると、専門知識と知的財産はIonQの将来にとって重要になる可能性があります。
IonQは、将来のデータセンター対応量子コンピュータの開発を支援するため、NKT Photonics（NKT.CO）とのパートナーシップも進めています。
Imecとも協力し、フォトニック集積回路とチップスケールのイオントラップ技術で、同社の量子ビット数とシステム規模、コストを拡大しています。
独自のSDK（ソフトウェア開発キット）を開発する代わりに、同社は主要なSDKをすべて同時にサポートし、多くの先進企業と提携して新しい量子コンピューティングアプリケーションの開発に取り組んでいます。
出典: IonQ
IonQは、Google、Intel (INTC ) 、IBM、Honeywellなど他の主要企業の主な活動に関心がない投資家にとって、純粋な量子コンピューティング株に最も近い銘柄です。
したがって、Honeywellの一部である競合企業Quantinuumと共に、IonQは高忠実度で低量子ビット数のトラップイオンシステムに焦点を当て、商用量子コンピュータの開発に近づいています。(HON )
初期の成功により、他の量子コンピューティングのイノベーターとの強固なパートナーシップネットワークを構築し、技術の推進を続けており、最近ではネットワーク化された量子コンピュータに再び焦点を当てています。
研究参考：
1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) 光ネットワークリンクを介した分散型量子コンピューティング. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x
