IBM、Google、Quantinuumなどを含む研究機関や企業は、量子コンピューティング技術を推進しており、一部の分野では大きな成果を上げています。
2025年は国連国際量子科学技術年であり、この進展を祝うとともに、量子技術の利点と可能性について議論する機会でもあります。
一般の認知度、教育、投資の増加は、人材の育成と強固な量子経済の醸成に欠かせず、この重要な技術の将来的な発展を支えます。
2025年2月19日以前は、マヨラナという名前を聞いたことがある人はほとんどいなかったでしょう。その日、マイクロソフトは発表しました。同社は、「トポロジカル量子ビット」を搭載した最初のチップを開発したと発表しました。同社によれば、これらの量子ビット（量子ビット＝量子ビット）は、イタリアの物理学者エットーレ・マヨラナにちなんで「マヨラナ粒子」と名付けられた、捉えどころのない粒子をもとに構成されています。
量子コンピューターは、情報の0と1を符号化する量子ビットに依存していますが、微視的な世界における原子やその他の粒子の特異な性質も利用して、従来のコンピューターでは解くのが難しい複雑な数学的問題を解いたり、はるかに速く解いたりします。マイクロソフトのトポロジカル量子ビットによるアプローチは、企業や学術界が次世代のこうした機械を構築するために追求している手法の一つにすぎません。
量子コンピューターが完全に開発されれば、多数の確率を検討して最適な選択肢を見つける必要があるタスクで優れた能力を発揮すると期待されています。例えば、航空会社がシドニーとニューヨーク間の最適な航路を、航空機の燃料消費量と飛行時間を最適化して算出したいとします。量子コンピューターは、多くのさまざまなシナリオを迅速に検討し、最適な選択肢を見つけ出すことができます。製薬会社が新薬の開発過程で、原子を適切な配置にして新しい分子を作り出す必要がある場合も同様です。
新素材、金融市場の変動に関するより精度の高い予測、製造や設計の改善など、量子コンピューターは世界中の企業にとって新たな可能性を数多く切り開く潜在力を持っています。人工知能（AI）は、量子コンピューティングの能力をさらに高めると期待されています。
Google、IBM、マイクロソフト、Quantinuum、IonQ、PsiQuantumを含む複数のテック企業や、世界中の大学の研究室は、過去10年間にわたり、量子ハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズムにおいて目覚ましい進展を遂げてきました。マイクロソフトのマヨラナに関する発表が、同社が主張するとおりの画期的な成果であるならば、完全に機能する量子コンピューターの開発期間を早める可能性があります。研究者は、マヨラナ型デバイスは他の技術よりも拡張しやすく、エラーも起きにくいと考えています。
マイクロソフトのマヨラナに関する発表の一部について、依然として納得していない研究者もいますが、発表後の数日間で量子コンピューティング企業の株価は急騰しました。より一般的には、量子関連の議論に少しでも関わりのある会議やイベントの参加者が、「マヨラナ粒子」という言葉を何気なく会話に持ち込むようになっています。主要な報道機関でさえも、研究者による最近の取り組みを報じ、この新興技術の可能性を押し広げようとしています。
量子コンピューターが従来のコンピューターに取って代わることはありませんが、特定のタスクにおいては上回る可能性があります。具体的には、医療、化学、材料科学、金融、製造業で特に役立つことが期待されています。政府、学術界、民間企業が、この技術への投資を行い、本格的な量子コンピューターの構築に必要な人材を育成してきたのも当然のことです。
しかし、この種の投資と支援のさらなる拡大が必要です。世界的に量子への認知度は高まりつつあるように見えますが、この技術の現状と、量子アドバンテージにどこまで近づいているかについての理解を深める必要があります。量子アドバンテージとは、量子コンピューターが、従来のコンピューターでは解けない、現実世界で意味のある問題を解決できる段階を指します。
量子コンピューティング：超伝導からイオン、光まで
量子情報理論の研究は1960年代に始まりましたが、実際に量子コンピューターを構築する可能性が初めて議論されたのは、その20年後でした。1980年、米国の物理学者ポール・ベニオフとロシアの数学者ユーリ・マニンは、互いに独立して、量子力学の法則を利用する機械を作る可能性を数学的に記述しました。1982年には、米国の物理学者リチャード・ファインマンが、自然の複雑さを効果的にシミュレーションするには量子コンピューターが必要であるとする論文を発表し、議論をさらに発展させました。これをきっかけに、研究者たちは理論を実践に移し始めました。
近年、Google、IBM、Rigetti Computingなどの数社は、超伝導量子ビットに賭けています。このアプローチは、超伝導体で作られた電気回路に依存しており、ある臨界温度に達すると抵抗率がほぼゼロまで下がり、導電性が劇的に高まります。
2024年11月、IBMは量子開発者会議において、第2世代となるHeronチップを発表しました。このチップは156個の量子ビットを搭載しており、すでに世界中の顧客に利用されています。IBMの量子ロードマップによれば、同社は2029年までに完全に機能し、耐障害性を備えた量子コンピューターを開発する計画です。同社は、エラーの抑制と技術のさらなる拡張に取り組むことで、その方向に向けた具体的な一歩を踏み出しています。
最近のIBMの論文では、例えば、研究者がいくつかのニッチな用途において、量子コンピューターが従来型の機械を上回る性能を示したことが記されています。これはIBMが「量子ユーティリティ」と呼ぶものの証拠であり、量子コンピューターが、力任せの従来型計算を超えて、科学的に有用な作業を行うことを意味します。後者は、従来型コンピューティングにおける問題解決の手法であり、正解が見つかるまであらゆる可能な解を一つずつ検証するものです。これに対し量子的なアプローチでは、多くの解を同時に検証することができます。
一方、Googleは昨年、ある論文によって大きな注目を集めました。同論文では、同社の科学者が量子チップ「Willow」で極めて低いエラー率を達成したことが記されています。この論文は、世界中の多くの研究者から重要な前進として高く評価されており、その評価は当然のものです。業界全体で誤り訂正への大きな取り組みが行われており、多くの企業や学術専門家が、「高忠実度」とも呼ばれる、誤りのない出力を実現する量子ビットの開発に懸命に取り組んでいます。
そして、これらの取り組みは成果を上げているようです。量子ビットの品質は報告されており、さまざまな業界の企業や学術界により、着実に向上していると伝えられています。例えば、2025年に発表されたAmazon Web Services（AWS）のOcelotは、同社によれば、設計段階から誤り訂正機能を組み込んでいるとのことです。このチップは「キャット量子ビット」に依拠しており、その名称は有名なシュレーディンガーの猫の思考実験に由来します。この思考実験では、特定の種類のエラーが本質的に抑制されるため、残存する可能性のあるエラーを訂正しやすくなります。
量子コンピューティングには、他のアプローチもあります。QuantinuumやIonQなどの企業は、レーザーでイオンを捕捉して量子ビットを作り出しており、かなり高い忠実度の結果を達成しています。ただし、捕捉イオンを用いた演算は、超伝導量子ビットによる演算よりも低速であるため、これらの企業は速度の改善にも取り組んでいます。
Xanadu、PsiQuantum、Pasqalなどの数社は、「フォトニクス」、すなわち光を用いてデータを処理することに賭けて、光を利用した量子コンピューターの構築を模索しています。例えば、Xanaduは最近、「Aurora」と呼ばれる新システムを発表しました。同社は、これを、複数のモジュールを光ファイバーケーブルで相互接続し、大規模に動作できる初の光量子コンピューターであると説明しています。
一方、D-Waveは最近、量子シミュレーションにおいて計算優位性（量子コンピューターが従来型コンピューターでは解けない問題を解決できること）を達成したと主張しました。しかし、この発表については、2つの研究グループが現在異議を唱えています。同社は、Advantage量子コンピューターによって磁性材料の特性をシミュレーションできると述べており、これは従来型コンピューターでは解くのに数千年かかる問題です。
さらに、NVIDIAのような企業もあり、同社はAI駆動型アルゴリズムを含む手法を用いて量子システムの信頼性を高めています。NVIDIAのアプローチは、量子誤り訂正符号をシミュレーションし、誤り緩和戦略を最適化するものです。これは、エラーが存在する場合でも正しく動作し続ける耐障害性量子コンピューターを構築するために不可欠です。
そこで話は、マイクロソフトの捉えどころのないマヨラナ粒子に戻ります。同社はまだ、批判者を納得させる証明を示していません。たとえこの画期的な成果が実現しなかったとしても、量子コンピューティングを前進させ続けなければなりません。量子分野の企業の見立てが正しければ、完全に機能し、耐障害性を備えた量子コンピューターが、早ければ10年ほどで実現する可能性があります。
世界は量子コンピューティングに対応できているか？
量子コンピューティングに対する一般的な認知度は高まっているものの、多くの企業は、それが多くの産業にもたらしうる利点について、依然としてほとんど理解していません。そのため、技術を構築する一方で、量子経済の創出にも注力する必要があります。
これには、公的・民間の両方による投資が必要であり、産業界の研究所や学術機関での研究を継続するとともに、官民パートナーシップを通じて進めていく必要があります。アクセンチュアの調査によると、世界のハイパースケーラー（膨大な計算能力とストレージを提供する事業者）は、引き続き量子コンピューティングへの主要な投資家です。彼らは、この新興技術をクラウド分野における次のフロンティアと捉えており、量子によって推進される世界的な変革の最前線に立つことを目指しています。
また、量子の利点についての認知は、早ければ小学校から高めていく必要があり、中学校や大学でその理解を定着させ、その後は職場での個別研修によってフォローアップする必要があります。
これは、量子の未来を担う優れた人材（プログラマーだけでなく、さまざまな産業の将来のCEOも含む）を育成するための方策です。こうした人材がこの技術のビジネス上の可能性を認識できれば、世界は量子アドバンテージの恩恵を受けやすくなるでしょう。
