成層圏量子データセンター：次世代クラウド

「クラウドコンピューティング」が文字通りになったらどうなるのか？科学者たちは探究している 展開する 量子コンピューティングの中心的な課題の 1 つに対処するために、成層圏に高度なコンピューターを設置します。

導入すると、このユニークな 方法 〜へ 解決する 問題は冷却コストを節約し、完全に変えることができる 方法 we 知っています と思う of 「クラウドコンピューティング」。

量子データセンターの冷却コストの増大

量子コンピュータ 　 コンピュータの一種 それ 利用 量子力学を利用して、従来のコンピュータよりもはるかに高速に複雑な計算を実行します。

ビット（つまり0か1）でデータを保存して処理する従来のコンピュータとは異なり、量子コンピュータは、重ね合わせと呼ばれる現象で同時に複数の状態に存在することができる量子ビットを使用し、また、重ね合わせと呼ばれる現象で互いにリンクすることもできます。 エンタングルメントと呼ばれます。 これらの特性により、量子コンピュータは同時に多くの可能性を探索することができます。

量子ビットを基本データ単位として用いることで、量子コンピュータは高度な並列計算を実行し、大幅に増加したストレージ容量を享受できます。 しかし、量子ビットは環境ノイズに非常に敏感であり、例えば 熱、振動、電磁干渉。

彼らは 単に 非常に壊れやすいため、ノイズによるエラーを防ぎ、適切な機能を確保するために極低温に保たれます。.

実際、ほとんどの量子システムは数 mK から 10K という低温で動作します。

量子データセンター（QDC）は する可能性があります 2倍の速さでタスクを完了する a 伝統的な XNUMXつ、彼らは消費する 10 倍のエネルギー の使用 エネルギー集約型の極低温冷却システム。

結果として、 そこ is 必要 〜へ のぞき込む 　 QDCの 熱力学的側面 順番に 削減する 　 冷却エネルギー消費 of これらのデータセンター。

データセンターで量子チップに使用される主な冷却技術には、レーザー冷却、希釈冷凍、パルスチューブ冷凍などがあり、超固体における磁気熱量効果（磁場を加えると磁性体が加熱され、磁場が除去されると冷却される現象）の利用などの先進技術も勢いを増しています。

もう一つの技術は、量子回路を希少な極低温流体ヘリウム3に浸すというものである。は、極低温で超流体となり、独特の量子特性を示します。

それでも、量子ビットの極低温環境を実現し維持することは 需要 多大なコストとエネルギーを要し、 量子コンピューティング 採用と拡大 up 急速に発展しつつあるこの技術。

この 高性能な量子コンピューティングを可能にする革新的なエンジニアリング手法が求められています。

KAUSTの研究者による研究では、成層圏高高度プラットフォーム（HAP）に量子プロセッサを配置することを提案することで、まさにそれを実現しました。プロセッサは、 成層圏を通って 高度約20キロメートル（12.4マイル）で、周囲の温度は-50°C（約-58°F）です。 

研究者たちは、こうした自然の低温条件を活用することで、QDC の冷却需要を大幅に削減し、持続可能な高性能量子コンピューティングを実現することを目指しています。

飛行船を太陽光発電の極低温データセンターに変える

サウジアラビアの研究者による新たな提案 キング・アブドラ科学技術大学（KAUST), npjワイヤレステクノロジー誌に掲載¹は、飛行船や小型飛行船を使って成層圏に量子コンピュータを展開するための新しいフレームワークを詳述している。.

また、上層大気圏での環境に優しく、柔軟に展開可能な量子コンピューティングへの独自のアプローチが、 優れたエネルギー効率。 さらに、このシステムは計算性能が優れている 従来の地上型データセンターよりも優れています。

「雲や気象システムの上空を飛行することで、飛行船は予測可能で妨げられることのない太陽放射を利用できます。」

– 主著者、KAUSTのBasem Shihada氏

するためには 寒冷な条件を活用する of チームは成層圏に向けて、量子コンピューティング対応高高度プラットフォーム（QC-HAP）を提案しています。 これらの成層圏飛行船には、必要な極低温を維持するためにクライオスタットに封入された量子デバイスが搭載されます。 

はい、量子状態を維持するためにクライオスタットは依然として必要ですが、そのような高度では、自然に低い周囲温度により、極低温冷却に必要なエネルギーが大幅に削減されます。 
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さらに、飛行船には太陽光を電気エネルギーに変換するソーラーパネルと、夜間や悪天候時でもスムーズな運航を確保するためのリチウム硫黄電池が搭載される。

論文によれば、太陽が生み出す高エネルギー粒子である宇宙線は、成層圏量子コンピューティングシステムの信頼性にほとんど影響を与えず、プラットフォームの成層圏での実現可能性を裏付けている。 

上空に配置されたQC-HAPは リンクされる 地上の量子データセンターへ。

このため、HAPは光波で符号化された情報を送信する。 、 自由空間光通信（FSO）です。曇天時には、無線周波数リンクがバックアップとして機能します。

データが大気中を移動する際の信号劣化やデコヒーレンスを防ぐために、チームは、より低い高度で中間の気球搭載プラットフォームを使用することを提案している。 中継局として。

QC-HAPの優れた点は、需要の高いホットスポットでも遠隔地でも、必要な場所に移動できることです。この柔軟な導入により、量子コンピューティングの適用範囲が拡大し、計算ボトルネックが緩和され、レイテンシも短縮されます。

また、これらを相互にリンクさせることで全体的な計算能力を高め、「世界中でオンデマンドでスケーラブルな量子計算サービスを提供できる動的な艦隊」を形成できると、現在チュニジアのカルタゴ大学の研究員である本研究の共著者、ウィム・アブデラヒム氏は述べた。

このスケーラブルなマルチ HAP コンステレーション アーキテクチャは、個々のエネルギー制限を克服し、計算上の利点を高めることができます。

研究者の計算によれば、この太陽光発電ソリューションは、地上の同等の量子コンピューティングセンターと比較して、冷却需要を21％削減できる可能性があるという。

研究者たちは、成熟度、安定性、スケーラビリティ、コヒーレンス時間の観点から、2 つの主要な量子コンピューティング形式に対するアプローチを使用しました。 冷却需要の削減は量子ビットのアーキテクチャによって異なりますが、それぞれのタイプは 異なる極低温温度範囲。

一つのアプローチは、約4K（約-269℃）まで冷却されたトラップイオンに基づく量子ビットを使用する。これはQC-HAPコンセプトから最大の恩恵を受けた。もう一つは、10～20mKの温度で動作する超伝導回路を使用する。

彼らの分析では、これらの量子対応HAPは、地上のQDCよりも30％多くの量子ビットをサポートしながら、 エラー率が低い（特に活用する場合） 高度なハードウェア機能。

研究によると、量子ビットに加えて、成層圏量子システムによって達成されるエネルギー節約は、データセンターのアーキテクチャにも依存する。.

この未来的なコンセプトは強力ですが、実用化にはまだ程遠く、特に送信中にエラーを識別して修正する堅牢なシステムなど、量子コンピューティング ハードウェアの大幅な進歩が必要です。

もあります 　 成層圏環境の独特な特性、例えば太陽放射の季節変動や気象条件などが、太陽エネルギーの収穫量に影響を与え、ひいては 提案されたプラットフォームのエネルギー効率については、慎重な検討が必要です。

今後の研究の焦点は、環境要因が量子システムにどのように影響するかを分析することと、 QC-HAP の実際の展開に向けた堅牢な設計を開発します。 

「私たちの次のステップは、概念と分析の段階から、より実装に焦点を当てた研究へと移行することです。」

– 研究の共著者であるオサマ・アミン

研究者たちは、将来的には、空中量子ソリューションが従来の地上ベースのデータセンターに取って代わるのではなく、ハイブリッドクラウドコンピューティングフレームワークの中でそれと並んで存在するようになると予想している。

量子コンピュータの実現に向けた世界的な競争

研究者が天空ベースの量子プラットフォームを研究する一方で、業界の主要企業は、これらのプラットフォームが最終的にサポートする可能性のある量子時代に必要なハードウェアの開発を続けています。 

IBM (IBM )例えば、同社は量子コンピューターに深く関わっている企業の一つで、10 年以内に大規模なフォールト トレラント量子コンピューター「Starling」を実現したいと考えている。

最近、同社は新しい量子処理ユニット（QPU）の開発を発表した。 期待される 支援する それら 量子優位性を達成する と同様 完全にフォールトトレラントな量子コンピュータ。

120量子ビットを備えたIBM Quantum Nighthawkは その 最初の新しいプロセッサ 処理できる IBM の以前の QPU (R2 Heron) よりも 30% 複雑な量子計算。 これらの量子ビットはそれぞれ接続できる 最も近い 4 隣人のおかげで 調整可能なカプラ。 このフレームワークにより、科学者は5,000個の2量子ビットゲートを必要とする問題を調査することが可能となり、IBMは 持つ ナイトホークの将来のバージョン 配信する 2027年末までに最大10,000ゲート。

IBM Loonはもう一つの小型プロセッサで、 それは 112量子ビットと、高い故障率に対処するための完全なフォールトトレランスに必要なすべてのハードウェア要素 量子ビットで. この これは、符号化された情報を保存および処理する初のモジュール設計QPUとなる、もう一つの概念実証プロセッサであるKookaburraの開発に先立ち、チームに学習を促すことになるだろう。 期待されています 来年。

さらにIBMは、 アプリ環境に合わせて NEW のフォーマット 300mm（12インチ）のウエハー上に量子プロセッサを製造することで、1個当たりの製造時間が半分になり、 　 物理的な複雑さ チップの 10倍で。

ハードウェアが加速する一方で、量子コンピューティングが主流となるまでのタイムラインは業界リーダー間で大きく異なります。

量子コンピュータは、 インテル (INTC ) 元CEOのパット・ゲルシンガーは、約2年後にはもっと早く主流となり、GPUの終焉を告げるだろう。一方、 Nvidia (NVDA )GPU市場の主要プレーヤーであるは、量子が主流になるまでには20年かかるだろうと述べている。

「我々は技術者にとって最も刺激的な10年か20年に向かっている」とゲルシンガー氏はフィナンシャルタイムズのインタビューで語った。 彼はまた、量子コンピューティングを「聖なる三位一体」と呼んだ。 　 コンピューティング 世界従来のコンピューティングと AI コンピューティングと並んで。

しかし、ゲルシンガー氏も「量子ブレークスルー」がAIバブルを崩壊させると信じている一方で、Googleのサンダー・ピチャイ氏はそれを次のAIブームそのものと見ている。

世界第3位の企業のCEO by 時価総額3兆8600億ドルの同社は最近のインタビューで、量子コンピューティングは数年前にAIが経験したのと同様の画期的な瞬間に急速に近づいていると述べた。

「量子は、おそらく5年前のAIの領域に到達していると言えるでしょう。ですから、5年後には量子は非常にエキサイティングな段階を迎えていると思います。」

– ピチャイ

そしてGoogleは、この変化に向けて積極的に準備を進めている。ピチャイ氏によると、

「私たちは世界最先端の量子コンピューティングの取り組みを行っています。量子システムを構築することで、自然をより良くシミュレートして理解し、社会に多くの利益をもたらすことができると考えています。」

この傾向を強めるのは先月, Google Quantum AIの研究者 報告 の実装 表面コード² 3つの異なるダイナミック回路を使用します。 この よく知られている量子誤り訂正（QEC）技術の現実世界での応用に新たな可能性を開き、より信頼性の高い技術の開発にも役立つ可能性がある。 量子コンピュータ。

QECは、これらのコンピュータを高い信頼性で動作させるための手段です。また、フォールトトレラントな量子コンピュータの構築にも不可欠ですが、「QECの実装は大きな課題です。なぜなら、エラー検出・訂正回路は複雑で、極めて精密な動作が求められるからです」と、共著者のマット・マキューエン氏は述べています。

問題の表面コードは、2D グリッド上に量子ビットを整理し、障害を繰り返しチェックすることによって機能します。

以前、McEwen は、それを実装する方法が複数あることを示す理論提案に取り組んでおり、特に、次の 3 つの異なる動的サーフェス コード実装の実現可能性を実証しました。 hex、iSWAP、ウォーキング回路。

それを基にチームは 証明に取り組む 実際の条件下での実験で機能すること。 

テストの結果、iSWAP回路は改善されたことがわかった。 　 抑制 エラーの 歩行回路は1.56倍、歩行回路は1.69倍、六角回路は そうしました 2.15回までに。

「私たちの研究から得られた最大の成果は、これらの動的回路の実装が実際に機能することを確認したことです。」

– マキューエン

量子ビットの安定性におけるブレークスルーも加速しています。 プリンストンのエンジニア した 最近 することができます 伸ばす 量子ビットの寿命³ 最新の研究では、 Google Quantum AIによって部分的に資金提供された.

実用的な量子コンピュータの開発に向けた大きな一歩として、エンジニアたちは、既存の最強バージョンよりも3倍長い1ミリ秒以上安定した状態を保つ超伝導量子ビットを作成した。

「真の課題、つまり今日私たちが実用的な量子コンピュータを実現できない原因は、量子ビットを構築してもその情報があまり長く保存されないことです」と、プリンストン大学工学部長で論文共著者のアンドリュー・ハウク氏は述べた。「これは次の大きな飛躍です。」

量子ビットのコヒーレンス改善を確認するために、研究者らは、GoogleとGoogleが開発したシステムに似た新しいアーキテクチャを使用して動作する量子チップを構築した。 IBM (IBM ). 

使用されるトランスモン量子ビットオプションは、極めて低い周波数で動作する超伝導回路に依存しています。 冷たい 気温と 堅実なオファー 保護 from 環境騒音。 これらは今日の製造プロセスにも適しています。しかしながら、これらの量子ビットのコヒーレンス時間を長くすることは極めて困難です。

そこでプリンストンのチームは、 　 非常に頑丈なタンタルで 　 エネルギー損失が少なく、基板として広く入手可能な高品質のシリコンです。 このタンタルシリコン チップは大量生産が容易なだけでなく、現在の設計よりも性能が優れています。

これら 2 つを組み合わせ、製造技術を改良することで、チームはトランスモンの歴史上最も重要な改良点の 1 つを達成することができました。 仮想的な1,000量子ビットコンピュータ 動作することができます 業界の現在の最高のデザインが約10億倍優れている場合 is スワップされた プリンストンの デザイン 改良により スケーリング システム規模に応じて指数関数的に増加するとHouck氏は述べた。

フォールトトレラントな量子コンピューティングシステムを開発しているアリス・アンド・ボブのCEO、テオ・ペロナン氏は、 Nvidia (NVDA )は最近、量子技術はまだ現在の暗号システムを脅かすほどには進歩していないものの、2030年の数年後には暗号を解読できるほど強力になる可能性があると述べた。

この 脅威となるのは Bitcoin (BTC ) 暗号通貨だけでなく、あらゆる銀行の暗号化にも影響を及ぼします。彼はフォーチュン誌のインタビューでこう語っています。

量子コンピューティングは指数関数的な高速化を約束していますが、指数関数的な曲線を縮小すると、完全に平坦になり、そこから垂直の壁が立ちはだかります。つまり、私たちはまだ変曲点の始まりに過ぎないのです。今のところ、量子コンピューティングの性能はスマートフォンほどではありません。しかし、数年後には、史上最大のスーパーコンピューターよりも強力になるでしょう。「

しかし、企業は解決策の開発に取り組んでおり、研究者たちは量子ネットワークの適用範囲を拡大している。先月、シカゴ大学プリツカー分子工学大学院（UChicago PME）の研究者たちは、 量子接続の範囲を拡大³ わずか数キロメートルから2,000キロメートルまで。

「初めて、地球規模の量子インターネットを構築する技術が手の届くところまで来ました。「

– ティエン・ジョン助教授

研究チームは、個々のエルビウム原子のコヒーレンス時間を0.1ミリ秒から10ミリ秒以上に増加させ、ある例では24ミリ秒にも達した。

ここでの革新は 建物 重要な結晶 作ります 量子もつれ 別の方法で. このため、彼らは 利用された 分子線エピタキシー（MBE） どちらである 3Dプリントに似ています。 「私たちは何もないところから始めて、この装置を原子ごとに組み立てます。「 同氏はさらに、「この物質の品質や純度は非常に高いため、これらの原子の量子コヒーレンス特性は卓越したものとなる」と付け加えた。

量子技術への投資

株式会社イオンキュー (IONQ ) は、トラップイオン量子ビットに重点を置いた量子コンピュータの開発と商用化に取り組む、純粋な量子コンピュータ企業です。主要クラウドプラットフォームを通じて量子ハードウェアを提供しています。量子コンピューティングがより身近なものとなり、実用化が進む中で、商用化に向けて有利な立場を築いています。 

IonQの株価はこれを反映しており、現在48.10ドルで取引されています。過去1ヶ月間では21%下落しましたが、年初来では18%以上、過去3年間では67.56%上昇しています。EPS（過去1ヶ月間）は-5.35、PER（過去1ヶ月間）は-9.21です。

同社の財務状況については、2025年第3四半期の売上高は前年同期比222%増の39.9万ドルと報告されています。純損失は1.1億ドル、GAAPベースのEPSは3.58ドル、調整後EPSは0.17ドルでした。

IonQは四半期末時点で1.5億ドルの現金、現金同等物、投資を保有していた。 

2025年の技術的マイルストーンである#AQ 64を3か月早く達成し、主要な商用超伝導システムと比較して36京倍の計算空間を実現しました。2量子ビットゲート性能99.99%という世界記録を実証し、真に歴史的なマイルストーンを達成しました。これは、2030年までに200万量子ビット、8万論理量子ビットを実現するという当社の目標を明確に示すものです。「

– CEO ニッコロ・デ・マシ

この四半期に、IonQはオックスフォード・アイオニクスとベクター・アトミックの買収を完了し、オークリッジ国立研究所との新しい契約を獲得しました。l 加速された量子古典ワークフローと高度なエネルギーアプリケーションを開発するための研究所。

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結論：「クラウド」が量子になるとき

量子コンピューティングは、単なる実験室での好奇心から世界的な技術競争へと急速に進化しており、IBM、Google、Nvidiaといった業界の大手企業がハードウェアの性能を前例のないレベルにまで押し上げています。一方、量子ビットのコヒーレンス、量子例えば、誤り訂正や長距離エンタングルメントなどの技術により、この分野の長年の課題は着実に解決されつつあります。

こうした中、KAUSTの提案は「クラウドコンピューティング「 自然の極低温と永久太陽光によって実現される、具体的な現実。 

こうした進歩は、私たちが歴史的な転換点に近づいていることを示しています。 今後10年以内に、量子コンピューティングが理論から実用化へと移行する可能性は極めて高い。 実用性暗号、科学、そして 最終的に 「クラウド」の意味も「 そのもの。

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参考情報

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3. Gupta, S., Huang, Y., Liu, S., Pei, Y., Gao, Q., Yang, S., Tomm, N., Warburton, RJ, & Zhong, T. (2025). 長寿命コヒーレンスを有するデュアルエピタキシャル通信スピン-光子インターフェース. ネイチャー·コミュニケーションズ、16、9814。 https://doi.org/10.1038/s41467-025-64780-6