コンピューティング
オックスフォード大学の科学者、量子エラーを記録的な低さに削減
Securities.io を Google の優先ソースに追加
量子技術への関心が高まる中、市場規模は10億ドルを超え、2040年までに$170 billionに達すると予測されています。マッキンゼーによれば、量子技術は今後10年で数兆ドル規模の価値を創出できる可能性があります。
量子技術エコシステムの中で、特に量子コンピューティングは膨大な可能性を秘めています。量子力学を利用し、原子や亜原子レベルでの物質とエネルギーの振る舞いを扱うことで、複雑な問題を解決します。
量子コンピューティングは、技術、研究、科学、金融、経済など様々な分野に深い影響を与えると期待されています。
古典コンピュータ（例えばノートパソコン）はビットで情報を保存・処理し、各ビットは0または1です。一方、量子コンピューティングの基本単位は量子ビット（qubit）です。量子チップは多数の 量子ビット、すなわちqubitで構成され、通常は電子や光子などの亜原子粒子で、特別に設計された電磁場で操作・制御されます。
量子ビットは0、1、またはその両方の組み合わせの状態になることができます。この組み合わせは「重ね合わせ状態」と呼ばれ、量子コンピュータが膨大なデータセットを極めて高速に保存・処理できる特性です。
現在、半導体、フォトニクス、超伝導デバイスなど、さまざまな方法で量子ビットを作る手法が存在します。
ここで量子ビットの品質は極めて重要です。しかし、量子ビットはエラーやノイズに敏感で、温度変化、製造プロセスの不完全性、周囲環境との相互作用など、さまざまな要因から不要な乱れが生じます。
これらのエラーは量子ビットの信頼性（忠実度）を低下させます。高い忠実度を持つ量子ビットは、量子チップが複雑なタスクを実行するために不可欠です。
量子信頼性を実現する
過去数十年にわたり、研究者は物理的量子ビットの集合を用いてエラーから保護する論理量子ビットの開発に取り組んできました。物理量子ビットは実際のハードウェアを指し、論理量子ビットは耐障害性を模倣する抽象概念です。
主要な量子チップ開発者は論理量子ビットに注力し、量子エラー訂正で大きな進展を遂げています。
例えば、2024年12月にGoogle (GOOG ) 発表した Willowという量子チップです。この新しいチップは超伝導量子ビットをベースにしており、量子コンピューティング分野での大きな突破口とされていますが、現時点では実用的な応用はありません。
通常、量子ビットを多く使用すればするほどエラーが増加し、システムは古典的になります。しかし、Googleは実証1し、Willowで使用した量子ビットが増えるほどエラーが減少し、システムがより量子化されたことを示しました。
同社は量子ビット数を拡大することでエラーを「指数関数的」に削減できたと、Google Quantum AI創設者のHartmut Nevenは述べました。この「量子エラー訂正における重要な課題を30年近く追求してきたものを突破した」と付け加えました。
Willowの性能測定にはランダム回路サンプリング（RCS）標準が使用されました。この量子チップは5分未満で計算を完了し、スーパーコンピュータで10兆年かかる計算を実行しました。
今年2月、Microsoft (MSFT ) も 発表しました、トポロジカル量子ビットで駆動する世界初の量子プロセッサ、Majorana 1です。Majorana 1は単一チップ上で100万量子ビットにスケールするよう設計されており、この成果により、同社は数年以内にスケーラブルで耐障害性のある量子コンピュータのプロトタイプを構築する計画です。
Majorana 1の基盤は、チームが成し遂げたブレークスルー、すなわちトポコンダクタという材料クラスです。これによりトポロジカル超伝導性が実現しました。これは、アルミニウム（超伝導体）とインジウムヒ素（半導体）を組み合わせたデバイスの製造結果です。
このデバイスをほぼ絶対零度まで冷却し、磁場で調整すると、トポロジカル超伝導ナノワイヤが形成され、ワイヤの端部にMajorana Zero Modes（MZM）が現れ、量子ビットの構成要素となります。
量子の可能性を解き放つために、チームはすでに100万量子ビットを収容できるチップ上に8つのトポロジカル量子ビットを配置しました。
Amazonさえも発表しました、スケーラブルなアーキテクチャでエラー訂正を最大90％削減できる量子チップ「Ocelot」です。
このチップは、各々約1平方センチメートルの面積を持つ2つの統合シリコンマイクロチップで構成され、電気的に接続されたチップスタックとして上下に結合されています。各マイクロチップの表面には薄い超伝導材料層があり、量子回路要素を形成しています。
Ocelotチップは合計14の主要要素で構成され、5つのデータ量子ビット（キャット量子ビット）、データ量子ビットを安定化させるための別の5つ、そしてデータ量子ビットのエラー検出用の4つの量子ビットがあります。
キャット量子ビットは量子状態を保持し、タンタルの薄膜から作られた振動子に依存し、安定した電気信号を繰り返し生成します。
「最近の量子研究の進展により、実用的で耐障害性のある量子コンピュータが実際の応用で利用可能になるのは『いつか』ではなく『いつ』かという問題になりました。Ocelotはその旅路における重要なステップです。」
– Oskar Painter、AWS量子ハードウェア部門ディレクター。
Ocelotのアーキテクチャは、実用的な量子コンピュータへのタイムラインを最大5年短縮すると考えられています。
耐障害性量子システムへの競争
量子計算の精度向上は、世界中の企業や研究者の焦点であり、ここでも大きな進展が見られます。
数年前、MITの研究者が 披露した新しい超伝導量子ビットフレームワークは、量子ビット間の操作を高精度で実行できるものです。この新しい超伝導量子ビットはフラックソニウムで、一般的に使用されるものよりはるかに長いコヒーレンス時間を持ちます。
コヒーレンス時間は、量子ビットが情報を失うことなく操作を実行できる期間の指標です。
「量子ビットの寿命が長いほど、操作の忠実度が高くなる」
– 主著者、Leon Ding
このアーキテクチャは、2つのフラックソニウム量子ビット間に特別な結合要素を用いて、論理操作（ゲート）を高精度で実行できるようにしました。背景ノイズを抑制し、量子操作へのエラーを低減します。
2量子ビットゲートの精度は99.9％を超え、単一量子ビットゲートは99.99％に達しました。このアーキテクチャは拡張可能な製造プロセスを用いたチップ上で実装されました。
「大規模な量子コンピュータを構築するには、堅牢な量子ビットとゲートが必要です」と研究は述べ、2量子ビットシステムは非常に有望であるとDingは語りました。フラックソニウム量子ビットは1ミリ秒以上のコヒーレンス時間を達成しました。次のステップは量子ビット数の増加です。
数か月前、MITの研究者はさらに 発表しました、光子（マイクロ波光）と人工原子（量子ビット）間の強い非線形結合を実現した超伝導量子回路です。これにより、数ナノ秒で量子情報の読み出しと処理が可能になります。
このため、研究者は独自の超伝導回路フレームワークを用いて、従来よりはるかに強い非線形光-物質結合を示すことに成功し、量子プロセッサの速度を最大10倍向上させることが可能となります。
リードオーサーのYufeng “Bright” Yeによれば：
「これは量子コンピューティングのボトルネックの一つを本当に解消します。通常、エラー訂正のラウンド間で計算結果を測定しなければなりませんが、これにより耐障害性量子コンピューティング段階に到達する速度が加速し、実世界の応用と価値を引き出すことが可能になります。」
特筆すべきは、Yeが新しいタイプの量子カップラーを発明し、量子ビット間の相互作用を促進したことです。クォルトンカップラーは、極めて強い非線形結合を生成できる特殊な超伝導回路で、電流を増やすことでさらに強い非線形相互作用を生み出します。Yeは次のように説明しました：
「量子コンピューティングで有用な相互作用の多くは、光と物質の非線形結合から生じます。より多様な結合タイプと結合強度を得られれば、量子コンピュータの処理速度を本質的に向上させることができます。」
この研究により、他の研究者が実用的で大規模な耐障害性量子コンピュータを構築できるようになることが期待されています。
一方、SQMSナノファブリケーションタスクフォースのイノベーションにより、実現2したコヒーレンス時間は最大0.6ミリ秒に達し、これは最適化された量子ビット設計と改良された読み出し共振器の結果で、安定性とコヒーレンスが向上しました。
この協力は、米国標準技術研究所（NIST）、フェルミラボの超伝導量子材料・システム（SQMS）センター、その他多数の政府、大学、産業パートナーが参加し、量子研究を実用に近づけることを目的としています。
これらすべてのスケーラブルで耐障害性の量子コンピュータ構築の取り組みの中で、オックスフォード大学の物理学者は量子ビットの操作精度で新たな世界記録を樹立しました。
量子精度における新たな世界的ベンチマークの設定
新しい研究は、Physical Review Lettersに掲載され3、オックスフォード大学の物理学者が単一量子論理操作に対しわずか0.000015％のエラー率を達成したことを示しています。
これは6.7百万回の操作につき1回のエラーであり、量子ビット操作精度の新記録であり、より少ない物理量子ビットと低いインフラ要件で高度に複雑な問題に取り組む、より堅牢で有用な量子コンピュータへの大きな飛躍です。
「我々の知る限り、これは世界で記録された中で最も正確な量子ビット操作です。実世界の問題に取り組める実用的な量子コンピュータ構築への重要なステップです。」
– 本研究の共同著者、デビッド・ルーカス教授（オックスフォード大学物理学部）
興味深いことに、この突破は同チームが以前に樹立した記録を上回り、新記録は以前の約7倍の精度です。
10年以上前、同チームは実装し4、トラップイオン量子ビットをハイパーファイン「原子時計」状態に保存し、単一量子ビット操作の忠実度が耐障害性量子コンピューティングに必要な最小閾値をはるかに上回っていました。当時の単一量子ビットエラー率は100万分の1でした。
この成功により、2019年にスピンアウト企業Oxford Ionicsが設立され、トラップイオン量子ビットプラットフォームの高性能でリーダーとなりました。2025年5月に同社は開発ロードマップを発表し、『Foundation』、『Enterprise‑grade』、『Value at scale』という3つの短期開発フェーズを示し、次の3年で広範な商業価値を実現し、100万量子ビットデバイスを提供することを目指しています。先週、Oxford IonicsはIonQ（IonQ (IONQ )）との買収合意を締結し、10億7500万ドルで取得することになりました。
現在、同チームは量子論理ゲートのエラー可能性を低減する新たなマイルストーンを達成しました。
量子コンピュータで有用な計算を行うには、数百万回の操作を多数の量子ビットにわたって実行する必要があります。しかし、この規模のエラー率は最終結果を無意味にし、価値を失わせます。
エラーを訂正すればミスは修正できますが、より多くの量子ビットが必要になります。したがって、エラーを減らすことで必要な量子ビット数が減少し、量子コンピュータのサイズとコストが低減します。
「エラーの可能性を大幅に減らすことで、本研究はエラー訂正に必要なインフラを著しく削減し、将来の量子コンピュータがより小型・高速・効率的になる道を開きました。量子ビットの精密制御は、時計や量子センサーなど他の量子技術にも有用です」と、オックスフォード大学の大学院生で共同リード著者のMolly Smithは述べました。
前例のない精度を達成するために、研究者はトラップされたカルシウムイオンを量子ビット（qubit）として使用しました。
カルシウムイオンは、長いコヒーレンス時間と高い忠実度のため、量子情報の保存に一般的に使用されます。また、非常に頑丈でレーザーによる操作が容易です。
しかし、オックスフォードチームは従来のレーザー方式を用いず、カルシウムイオンの量子状態を制御するために電子（マイクロ波）信号を使用しました。
この手法により、レーザー制御よりも高い安定性を実現しました。さらに、電子制御はコストが低く、頑丈で、イオントラップチップへの統合も容易です。
さらに、実験は磁気シールドなし、常温で行われ、実用的な量子コンピュータの技術要件が簡素化されました。
その結果、チームはマイクロ波振幅とデチューニングの自動較正手順により、エラーをほぼ10倍に削減できました。さらに、ゼーマン分裂を大きくし、パルスシェーピングを使用することで、観測者遷移の励起を減少させました。
この記録的な精度は大きな成果ですが、より大きな課題の一部に過ぎません。チームが指摘するように、量子コンピューティングは単一量子ビットゲートと二量子ビットゲートの両方が協調して動作する必要があり、二量子ビットゲートは依然として高いエラー率に悩まされています。
現在、最良のエラー率は約2000回に1回であり、完全に耐障害性の量子マシンを構築するにはこの数値をさらに下げる必要があります。
高忠実度の単一量子ビット操作は、量子情報だけでなく、アイドル状態の量子ビットを動的デカップリングで保護したり、量子センシングに利用したり、個々の量子ビットに対する複合パルスシーケンスでエラー補正を行うなど、多くの用途があります。
量子コンピューティングへの投資
International Business Machines Corporation (IBM )は、ハイブリッドクラウドとAIプラットフォーム、コンサルティング・インフラサービスで知られ、1970年代から量子技術を探求しています。2016年にIBM Quantum Experienceを開始し、初の量子プロセッサをクラウド上に提供し、全員が利用できるようにしました。
IBM (IBM )
これまでIBMはこの分野の研究を継続し、先週、2029年までに実用的な量子コンピュータを実現する計画を発表しました。
「Starling」と名付けられた、200論理量子ビットを持つ耐障害性量子コンピュータは、ニューヨーク州ポークキープスで建設中のデータセンターに構築されます。
報道によると、チームはエラー訂正に必要な量子ビット数を大幅に削減する新しいアルゴリズムを開発しました。IBMの量子イニシアチブを担当するJay Gambettaはインタビューで次のように述べました：
「我々はその科学的課題に答えました。今は奇跡は必要ありません。むしろ、エンジニアリングの大課題が必要です。ツールの再発明などは必要ありません。」
現在、時価総額が2,576億ドルで、IBMの株価は現在278ドルで取引され、年初来で26.11％上昇しています。IBM株は先週、過去最高値（ATH）の281.75ドルに達しました。
IBM 価格チャート
それに伴い、EPS（TTM）は5.85、P/E（TTM）は47.42で、配当利回りは2.42％です。
IBMの財務に関しては、2025年第一四半期の売上高は145億ドルでした。この期間のGAAP粗利益率は55.2％、非GAAP営業利益率は56.6％でした。GAAP税前利益率は8％、非GAAP営業利益率は12％でした。
「売上、収益性、フリーキャッシュフローの期待を上回り、ソフトウェアポートフォリオ全体の強さが牽引しました。生成AIへの需要は依然として強く、事業規模は60億ドルを超え、四半期で10億ドル以上増加しました。」
– CEO Arvind Krishna
今年第1四半期の営業活動による純キャッシュは44億ドル、フリーキャッシュフローは20億ドルでした。IBMは四半期末に現金・制限付き現金・売却可能証券合わせて176億ドルを保有しました。
強固な流動性と安定したフリーキャッシュフローにより、同社は株主へ15億ドルの配当を還元しました。また、HashiCorpの買収を含む71億ドルを投資しました。Krishnaによれば：
「テクノロジーと世界経済の長期的成長機会に対して依然として楽観的です。」
最新のInternational Business Machines Corporation（IBM）株式ニュースと動向
結論：量子現実への次のステップ
科学者から企業、政府まで、すべての関係者が量子コンピュータの実現に積極的かつ深く関与しています。オックスフォードチームとテックジャイアンツの最新の突破は、量子ビットの忠実度を劇的に向上させ、エラー訂正をより効率的にし、次の量子飛躍が数十年先ではなく、実用的な量子マシンが必然となる時代が近づいていることを示しています。
参照研究：
1. Google Quantum AI and Collaborators. Quantum Error Correction Below the Surface Code Threshold. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
2. Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, A. A.; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce: Towards Fabrication of High Coherence Superconducting Qubits. Conference, 20 2024年9月. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Single-Qubit Gates with Errors at the 10⁻⁷ Level. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
4. Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. High-Fidelity Preparation, Gates, Memory, and Readout of a Trapped-Ion Quantum Bit. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501
