コンピューティング
単一原子キュービットで量子コンピュータをスケールアップ
Single-Atom Qubits: 量子コンピューティングの新時代
量子コンピュータは極めて複雑な装置で、個々の原子の挙動の微細な変化を計算に利用しています。そのため、原子や個々の粒子スケールで宇宙の本質に関する新たな洞察を提供し、同時に利用しています。
このような洞察は、大規模な量子コンピュータを構築する際に必要になる可能性が高く、システムが複雑になるほど実用的な規模での構築は困難になります。
オーストラリア・シドニー大学の研究者は、最近、複数の量子計算データを単一の原子にエンコードすることに成功し、量子コンピューティングのキュービット（通常のコンピュータのビットに相当する量子ビット）の物理的サイズを革命的に変える可能性があります。
彼らはこの成果を権威ある学術誌『Nature Physics』1に、タイトル “Gottesman–Kitaev–Preskill 論理キュービットのためのユニバーサル量子ゲートセット”として掲載しました。
キュービットの信頼性向上
現在、キュービットは「トラップイオン」方式または超低温超伝導材料を使用して製造されています。
出典: Forbes
両方の方法にはそれぞれ制限があります:
- トラップイオンはキュービットがごく少数しか含まれませんが、信頼性が高くエラーが少ないです。
- 超伝導材料はキュービット数が多く、スケールアップが容易と期待されますが、エラーが発生しやすいです。
いずれの場合も、エラー率は物理キュービットと論理キュービットの比率、すなわち計算上機能的なキュービットを作成するために必要な物理キュービットの数に影響します。
有用な（または論理的な）キュービットの数が増えるにつれて、必要な物理キュービットの数もさらに増加します。この規模が拡大するにつれ、実用的な量子マシンを構築するために必要なキュービットの総数は、エンジニアリング上の悪夢となります。
したがって、量子コンピュータをよりエラー耐性のあるものにすることは、現在の研究者にとって最も重要な課題であり、実用的な大規模量子コンピュータ構築の最大の障壁を取り除くことになります。
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| キュービットタイプ | スケーラビリティ | エラー率 | 温度 |
|---|---|---|---|
| トラップイオン | 低（キュービット数が少ない） | 低 | 常温 |
| 超伝導 | 高 | 高 | 絶対零度に近い |
| 単一原子（シドニー） | 潜在的に高い | GKPで訂正可能 | 常温 |
キュービットの縮小化
オーストラリアの研究者は、トラップイオン（イッテルビウムイオン）量子コンピューティングシステムと、Gottesman-Kitaev-Preskill（GKP）コードと呼ばれるデータエンコーディング方式を使用しました。
GKPは量子コンピュータのエラー訂正に役立つと期待されるコードの一種です。しかし、実際に作成することはこれまで困難でした。
鍵となるのは「論理ゲート」を作成することです。これは情報スイッチで、量子コンピュータと古典コンピュータの両方をプログラム可能にします。
量子制御ラボからスピンオフしたスタートアップ企業 Q-CTRL が開発した量子制御ソフトウェアを使用し、研究者はデータを3次元の単一原子にエンコードしました。
本質的に、2つのデータセットが単一原子の振動として保存されます。1つは「左から右」への振動、もう1つは「上下」への振動です。
実際には、単一のトラップイオンにエラー訂正可能な2つの論理キュービットを格納し、それらの間のエンタングルメントを実証しました。
Vassili Matsos – シドニー大学物理学部・シドニー・ナノの博士課程学生
単一原子論理ゲートの構築
この量子物理の偉業を実現するために、研究者は常温で単一原子をトラップに保持するための複雑なレーザーアレイを使用し、自然な振動を制御・利用して複雑なGKPコードを生成しました。
出典: Nature Physics
「常温」部分は非常に重要で、絶対零度に近い温度と液体ヘリウムを必要とする超伝導量子コンピュータに比べ、実行が本質的に容易でコストも低くなります。
我々の実験は、GKPキュービットのためのユニバーサル論理ゲートセットの初めての実現を示しました。
トラップイオンの自然振動（調和振動）を精密に制御することで、個々のGKPキュービットを操作したり、ペアとしてエンタングルさせることができました。
スケーラブルな量子コンピュータへ向けて
常温制御、単一原子論理ゲート、エラー低減コードの組み合わせが、この発見を非常に重要なものにしています。
これにより、構築がはるかに簡単でスケールアップもしやすい新タイプのトラップイオン量子コンピュータへの道が開かれます。
“我々の実験は重要なマイルストーンを達成し、これらの高品質な量子制御が1つ以上の論理キュービットを操作するための重要なツールであることを示しました。
これらのキュービットを用いたユニバーサル量子ゲートを実証することで、ハードウェア効率の高い形で大規模量子情報処理に向けた基盤が得られました。
同時に、量子コンピュータ同士を接続する可能性を示す新たな発見がいくつか最近報告されています。各コンピュータがより強力になり、量子ネットワークが現実に近づくことで、利用可能なキュービット容量の爆発的増加をもたらす可能性があります。
量子コンピュータが新たな物理学を切り開く
スケールアップされた量子コンピュータは、膨大な計算能力により、バイナリコンピュータでは解けない複雑な問題を解決できるため、暗号学や科学研究を革命的に変える可能性があります。
しかし、これは間接的に物理学者が量子領域を研究する全く新しい方法を開くことにもなります。
このことは、プリンストン大学、コーネル大学、パーデュー大学、ノッティンガム大学（英国）、ミュンヘン工科大学（ドイツ）、そして Google Research の研究者が Google の量子コンピュータで行った分析から明らかになり、Nature2に掲載された新しい論文「(2 + 1) 次元格子ゲージ理論における電荷とストリングの動態の可視化」で報告されています。
ゲージ理論の測定
Google の量子コンピュータは、研究者が「格子ゲージ理論」（LGT）と呼ばれる量子場理論を実験・検証できるようにします。この理論は、力を媒介するゲージ場（例えば電磁場）とそれらの力を運ぶゲージボソン（基本粒子）の存在を仮定しています。
出典: Nature
チームは、粒子とそれらを結ぶ見えない「ストリング」がどのように振る舞い、揺らぎ、さらには切断されるかを示しました。
出典: Nature
研究者はこの研究で、これらの「ストリング」を量子コンピュータで測定・観測できることを確認しました。
量子プロセッサの力を活用し、特定のタイプのゲージ理論の動態を研究し、粒子とそれらを結ぶ見えない「ストリング」が時間とともにどのように変化するかを観測しました。
粒子加速器のような極めて高いエネルギーレベルを必要とせず、量子効果を観測するために非常に制御された状況を作り出すことで、量子コンピュータが基礎物理学研究の重要なツールになることが明らかになります。
我々の研究は、量子コンピュータが宇宙を支配する基本的な法則を探求するのにどのように役立つかを示しています。
実験室でこれらの相互作用をシミュレートすることで、新たな方法で理論を検証できます。
Michael Knap, Professor of Collective Quantum Dynamics at the TUM School of Natural Sciences
スケーラブルな量子コンピュータの未来
量子コンピュータの可能性はまだ完全に理解されておらず、基本原理から定期的に再発明され続けています。これは、初期のコンピュータがパンチカードから真空管、そしてシリコントランジスタへと進化したのと似ていますが、変化の速度ははるかに速いです。
つまり、近い将来、より大きく、より強力な量子コンピュータの製造に大きな進展が見られ、さらにそれらがネットワークで接続されて容量が増大する可能性があります。
これにより、はるかに高い計算能力だけでなく、物質や量子物理学に対する全く新しい理解が開かれます。例えば、Microsoft の量子コンピューティングチームが最近実証した「トポロジカル状態」（Majorana-1 チップ）のような全く新しい物質状態が挙げられます。
量子コンピューティングへの投資
Honeywell / Quantinuum
(HON )
Google の量子コンピュータが量子物理理論に関する新たな洞察を提供する可能性がある一方で、トラップイオン技術を用いた潜在的な単一原子キュービットの発見は、超伝導量子コンピュータに比べて商業的実現性がはるかに近いことを示唆しています。
Quantinuum は Honeywell Quantum Solutions と Cambridge Quantum の合併により誕生した企業です。
Honeywell は同社の過半数株主（おそらく 52% の所有）を維持しており、5 億ドルの評価で資金調達ラウンドを実施した後です。創業者の Ilyas Khan は約 20% の株式を保有していると報告されています。他の株主には JSR Corporation、三井、Amgen、IBM、JP Morgan が含まれます。
将来的に Quantinuum の IPO が、より大きな企業再編の一環として行われる可能性があり、最大で 200 億ドルの価値になると見込まれ、2026 年から 2027 年の間に実施される可能性があります。
量子コンピューティングは Honeywell の事業の中心ではなく、航空宇宙、オートメーション、特殊化学品・材料が主な製品領域です。
しかし、これらの領域は量子コンピューティングから恩恵を受ける可能性があり、特に 計算化学 と量子サイバーセキュリティは、Honeywell に競合他社に対する優位性をもたらす可能性があります。
同社の現在の主力モデルは H2 で、トラップイオン方式の 56 キュービットチップで、2 キュービットゲートの忠実度は 99.895% です。
同社はできるだけ多くのキュービットを追加するだけでなく、エラーを極力抑えた高品質な計算を追求し、いわゆる「フォールトトレラント量子コンピューティング」を実現しています。
このアプローチは「より良いキュービット、より良い結果」と称され、同程度のキュービット数で 100〜1,000 倍の信頼性向上が実現されています。
出典: Quantinuum
これは、国防企業 Thales（HO.PA -0.96%）が Quantinuum とすでに協業している、さらに 国際銀行 HSBC や JP Morgan といった企業との協力により、緊急に必要とされる量子耐性暗号に顕著な違いをもたらす可能性があります。
Quantinuum は、医薬品、材料科学、化学、エネルギー、航空宇宙分野で利用可能な独自の量子計算化学 InQuanto も提供しています。
他の多くの量子コンピューティング企業と同様に、Quantinuum は Helios という「ハードウェア・アズ・ア・サービス」 を提供しており、ユーザーはシステム運用の複雑さに直面せずに量子コンピューティングの恩恵を受けられます。
Quantinuum は 2024 年 11 月にドイツの Infineon と提携を締結しました。Infineon は統合フォトニクスと制御エレクトロニクス技術を提供し、次世代トラップイオン量子コンピュータの創出を支援します。
統合フォトニクスが実用化に近づく中、この提携が Quantinuum の将来にとっていかに重要かが明らかになっています。現時点では、同社の次のステップは、世界初の AI 特化型フォトニクス量子チップをリリースすることのようです。
今後数か月で、Quantinuum は進行中の協業からの成果を共有し、生成 AI における量子駆動の画期的な可能性を示すでしょう。
革新的な Gen QAI 機能は、薬物送達のための金属有機フレームワーク（MOF）の利用を強化・加速し、より効率的で個別化された治療オプションへの道を開きます。詳細は Helios のローンチ時に明らかにされます。
Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential
さらなる継続的なユースケースは、同社の将来価値を大幅に高め、結果として Honeywell の持株価値や投資家が得られる潜在的な利益も増大させる可能性があります。
(以下で詳しく読むことができます： Honeywell の自動化、航空宇宙、先端材料に関する産業活動の残り（同社専用レポート）).
最新の Honeywell (HON) 株式ニュースと開発
参照された研究
1. Matsos, V.G., Valahu, C.H., Millican, M.J. et al. Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits. Nature. Physics. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03002-8
2. Cochran, T.A., Jobst, B., Rosenberg, E. et al. Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories. Nature 642, 315–320 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08999-9
