Chaos and Order

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プロローグ — NISQは終わった、次は何か

2019年、GoogleがSycamoreで量子超越を発表したその日、私たちは「これで何ができるのか」という問いに答えられなかった。53量子ビット、ゲート誤差0.5パーセント、コヒーレンスはマイクロ秒単位。実験は優雅だったが、実用性はゼロだった。それから5年、私たちはNISQ — Noisy Intermediate-Scale Quantum — という名の深い霧の中を進んできた。

2024年12月、GoogleがWillowチップの結果をNatureに掲載したとき、その霧に亀裂が入った。「量子ビットを追加するほど誤りが指数関数的に減少する」表面符号のしきい値の下に初めて入った実験だった。同年11月にはIBMがHeron R2を156量子ビットに拡張し、2量子ビット誤り率を5e-4水準まで引き下げた。2025年2月にはMicrosoftが8量子ビットのMajorana 1を、AWSが9量子ビットのOcelotをほぼ同じ週に発表した。両社とも「量子ビット数」ではなく「誤り保護が構造に組み込まれている」というメッセージを掲げてきた。

本稿は2026年5月時点の量子コンピューティングスタックを一箇所にまとめる。モダリティ比較、企業別ロードマップ、プログラミング言語、誤り訂正符号、韓国・日本の国家戦略まで。長いが、読みやすい。

1章 · 全体像 — NISQ時代の終わり

NISQ時代を一行で定義すれば「誤り訂正なしに50〜1000量子ビットで何か有用なことをしようという試み」だった。VQE、QAOA、量子機械学習といった変分アルゴリズムが主役で、結果は正直に言えば中途半端だった。古典アルゴリズムが急速に追いつき、ノイズが回路の深さを30ゲート以内に縛り付けていた。

2026年の風景は違う。核心の変化を三つ挙げる:

1. **誤り訂正しきい値の突破。** Willowは距離3、5、7の表面符号パッチで論理誤り率が単調減少することを示した。符号距離を増やすたびに誤りが半分ずつ減る — これは1996年にShorが紙の上で証明したフォールトトレラント定理の初の実験的確認である。

2. **ユーティリティ規模の量子。** IBMは「Quantum Utility」という用語で、100量子ビット以上の回路で古典シミュレーションが事実上不可能な領域の計算を定義する。Heron R2と誤り低減(error mitigation)の組み合わせで、化学・材料科学領域で意味のある結果が出始めている。

3. **モダリティの多元化。** 超伝導が絶対王者だった時代は終わった。中性原子(Pasqal、Atom Computing、QuEra)はすでに1000量子ビットを超え、イオントラップ(Quantinuum、IonQ)はゲート忠実度99.99パーセント領域を占有し、光子(PsiQuantum)は室温動作と光ファイバ親和性でデータセンター適性を主張する。

NISQが「ユーティリティ時代」に移っている。「フォールトトレラント」時代はその次、早ければ2029年、遅くとも2032年以内が多数説である。

2章 · 量子ビット6モダリティ — 超伝導・イオントラップ・中性原子・光子・トポロジカル・キャット

量子ビットは量子情報を入れる器である。器を作る物理的方法によってモダリティが分かれる。2026年時点の主力6種:

超伝導量子ビット

アルミニウム・ニオブで作ったLC回路をmK温度に冷却して量子状態にする。トランズモン(transmon)が標準設計。ゲート時間10〜100nsで最速、半導体プロセスと親和的で大量生産が容易。短所は量子ビット間接続が最近接格子に限られ、コヒーレンス時間が100マイクロ秒水準にとどまることである。IBM、Google、Rigetti、IQMがこの陣営。

イオントラップ

イッテルビウム(Yb)やバリウム(Ba)イオンを真空チャンバ内の電場トラップに閉じ込め、レーザでビット状態を操作する。すべての量子ビットが互いに直接もつれることができ(all-to-all接続)、回路の深さが半分以下に短くなる。ゲート忠実度99.99パーセントで最高だが、ゲート時間がマイクロ秒〜ミリ秒と遅い。QuantinuumとIonQが代表。

中性原子

ルビジウム(Rb)やセシウム(Cs)原子を光ピンセットで掴み、リドベルク(Rydberg)状態に励起してもつれを作る。1000量子ビット以上のアレイを格子状に自由に再構成でき、スケーリングが最も容易。ゲート忠実度は99.5パーセント水準。Pasqal、Atom Computing、QuEraがこの陣営。

光子

光の粒子そのものを量子ビットとして使う。室温で動作し、光ファイバで量子ビットを運べるためネットワーク親和的。短所は光子生成が確率的で回路の深さを増やしにくいこと。PsiQuantumはfusion-based quantum computing(FBQC)でこの限界を回避する。

トポロジカル量子ビット

Majoranaフェルミオンという仮想の粒子を作り、量子ビット状態をトポロジカルに保護する。ノイズに本質的に強く、誤り訂正オーバヘッドが100〜1000分の1になるという約束。2025年2月にMicrosoftのMajorana 1が初の実験的デモを行った。

キャット量子ビット

マイクロ波共振器の中に位相が180度反対のコヒーレント状態(シュレディンガーの猫状態)を量子ビットとして使う。ビット反転誤りが指数関数的に抑制されるため、一種類の誤りだけ訂正すればよい。2025年2月にAWSのOcelotが発表された。

|---|---|---|---|---|---|

| 超伝導 | IBM・Google・Rigetti・IQM | 105〜156 | 10〜100ns | 99.5〜99.9% | 最近接 |

| 中性原子 | Pasqal・Atom・QuEra | 256〜1180 | 1us | 99.5% | 再構成可 |

| 光子 | PsiQuantum・Xanadu | (モジュラ) | ns | 測定型 | 光ファイバ |

| トポロジカル | Microsoft | 8 | 推定us | 非公開 | 格子 |

| キャット | AWS | 9 | us | 非公開 | 格子 |

3章 · IBM Quantum Heron R2 — 156量子ビットとSystem Two

IBMは2025年11月にHeron R2を156量子ビットに拡張発表した。R2の核心は「量子ビット数を増やしつつ2量子ビットゲート誤差をさらに低くする」 — 2量子ビット誤り率の中央値5e-4、回路深さ5000ゲート領域で意味のある結果が可能だと主張する。

IBMロードマップの核心ワードはQuantum System Twoである。単一チップではなく、複数のHeronモジュールをm-カプラとl-カプラで結合して200量子ビット・1000量子ビットクラスを作る。2026年時点でIBM Yorktownに最初のSystem Twoが稼働中、Cleveland Clinicにも1台が設置された。

IBMの次のチップKookaburraは2026年末に1386量子ビットを目標とする。Condor(1121量子ビット)の次世代。しかしIBMは「量子ビット数競争」より「誤り低減 + 部分的誤り訂正」を組み合わせたユーティリティ規模量子に賭けている。Qiskit RuntimeのPEC(probabilistic error cancellation)とZNE(zero-noise extrapolation)がそのツールである。

QiskitでHeron R2に回路を送るコード例:

from qiskit import QuantumCircuit

from qiskit_ibm_runtime import QiskitRuntimeService, SamplerV2

service = QiskitRuntimeService(channel="ibm_quantum")

backend = service.backend("ibm_heron_r2")

qc = QuantumCircuit(3)

qc.h(0)

qc.cx(0, 1)

qc.cx(1, 2)

qc.measure_all()

sampler = SamplerV2(backend)

job = sampler.run([qc], shots=1024)

print(job.result()[0].data.meas.get_counts())

4章 · Google Willow(2024.12) — 指数関数的誤り減少の意味

Willowは105量子ビットの超伝導チップである。量子ビット数だけ見ればHeron R2より少ないが、Willowが投げかけたメッセージは別次元のものである。

核心結果は二つ:

**第一にしきい値以下。** Willowは距離3、5、7の表面符号パッチで、符号距離が増えるごとに論理誤り率が約半分ずつ減少することを示した。これが「below threshold」 — 表面符号が機能する領域に入ったという初の実験的確認である。1996年にShorが紙の上で証明したフォールトトレラント定理が28年ぶりに実験室で再現された。

**第二にRCSベンチマーク。** Random Circuit Samplingを105量子ビット・深さ40で実行したとき、世界最高のスーパコンピュータFrontierで10の25乗年かかる作業を5分で終えた。2019年のSycamoreの53量子ビット実験を6年で2桁差で更新した形である。

Willowの量子ビットコヒーレンス時間はT1が約100usで、Sycamoreより5倍長くなった。ゲート忠実度も単一量子ビット99.95パーセント、2量子ビット99.7パーセント水準。Googleが次に狙うのは論理量子ビット1個 — 距離7の表面符号パッチを一つ束ねて「誤り訂正された1量子ビット」を作ること。そこから100個・1000個に増やすのが本格的なフォールトトレラント時代への道である。

CirqでWillowに回路を送るコード:

processor_id = "willow"

sampler = cirq_google.get_engine().get_processor(processor_id).get_sampler()

q0, q1 = cirq.GridQubit(4, 1), cirq.GridQubit(4, 2)

circuit = cirq.Circuit(

cirq.H(q0),

cirq.CNOT(q0, q1),

cirq.measure(q0, q1, key="m"),

)

result = sampler.run(circuit, repetitions=1000)

print(result.histogram(key="m"))

5章 · Quantinuum H2/H3 — イオントラップの王者

QuantinuumはHoneywellの量子事業部とCambridge Quantumが合併した会社である。2024年にH2システムを56量子ビットで運用、2025年にH3が試験稼働に入った。イオントラップ陣営で最大のシステムである。

H2の差別化点はQCCD(Quantum Charge-Coupled Device)アーキテクチャである。イオンを真空トラップ内でシャトルのように動かし、任意の2量子ビットを同じゲートゾーンに集めてからもつれを作る。事実上、all-to-all接続が自然に出てくる。2量子ビットゲート忠実度99.87パーセントで業界最高水準。

H2上でQuantinuumは2024年後半に、フォールトトレラントな論理量子ビット1個を炭素12カラー符号(color code)で符号化することに成功した。距離3パッチで論理誤り率を物理誤り率より低くした初の事例。2025年には距離5に拡張。

H3は56量子ビットから始めるがゲート時間を短縮し、2Dトラップに移行する。Quantinuumロードマップは2027年Sol(仮称)、2029年Apolloと続く。

OpenQASM 3でQuantinuumバックエンドに回路を送る:

from qiskit_quantinuum import QuantinuumBackend

backend = QuantinuumBackend(name="H2-1")

qasm = """

OPENQASM 3.0;

qubit[3] q;

bit[3] c;

h q[0];

cx q[0], q[1];

cx q[1], q[2];

c = measure q;

"""

job = backend.run(qasm, shots=1024)

print(job.result().get_counts())

6章 · IonQ Tempo — Forteの後継、64量子ビット

IonQは2024年にForte Enterprise(36アルゴリズム量子ビット)を、2025年後半にTempo(64アルゴリズム量子ビット)を発表した。「アルゴリズム量子ビット(AQ)」という独自指標を使うが、これは「ノイズがあっても意味のあるアルゴリズムを動かせる実効量子ビット数」を意味する。

IonQのイオンはバリウム(Ba+)である。Quantinuumのイッテルビウム(Yb)とは異なる。バリウムは可視光線領域のレーザで操作でき、安価な光源(ダイオードレーザ)が使え、光ファイバとの互換性も良い。短所は同位体分離が必要でトラップ設計が複雑になることである。

TempoはAWS Braket、Microsoft Azure Quantum、Google Cloudの3クラウドすべてに搭載される。クラウドアクセス性ではIonQが最も開放的である。

BraketからIonQ Tempoに回路を送る:

from braket.aws import AwsDevice

from braket.circuits import Circuit

device = AwsDevice("arn:aws:braket:::device/qpu/ionq/Tempo")

circ = Circuit().h(0).cnot(0, 1).cnot(1, 2)

task = device.run(circ, shots=1000)

print(task.result().measurement_counts)

7章 · Pasqal Orion / Atom Computing — 中性原子の躍進

中性原子陣営は2024〜2026年で最も速く成長した陣営である。

Pasqal Orion(フランス)

Pasqalは100量子ビット・256量子ビットシステムを経て、Orionシリーズで1000量子ビットを目標とする。光ピンセットでルビジウム原子を任意の格子に配列でき、格子型・三角型・任意グラフ型のトポロジを即興で作れる。量子アニーリングとデジタル回路モードの両方をサポート。

PasqalのSDKはPulserというパルスレベルのプログラミングライブラリ。ゲートではなくレーザパルス形状そのものを設計する。

from pulser import Pulse, Sequence, Register

from pulser.devices import AnalogDevice

from pulser.waveforms import BlackmanWaveform

reg = Register.rectangle(2, 2, spacing=5)

seq = Sequence(reg, AnalogDevice)

seq.declare_channel("ising", "rydberg_global")

pulse = Pulse.ConstantDetuning(

BlackmanWaveform(1000, 8.0), 0.0, 0.0

)

seq.add(pulse, "ising")

result = seq.draw()

Atom Computing(米国)

Atom Computingは2023年に1180量子ビットアレイを実演した。セシウム(Cs)原子を使い、核スピン(nuclear spin)を量子ビットとして保存しつつ、光スピン(optical spin)でゲートを打つ。この分離のおかげでコヒーレンス時間が40秒で、全モダリティ中最長である。

Atom Computingは米国NISTと標準化作業、Microsoft Azure Quantumと統合作業を進めている。

QuEra(米国)

QuEraは256量子ビットAquilaシステムをAWS Braketで運用する。アナログ・デジタルハイブリッドモードで量子シミュレーションを強みとする。

8章 · PsiQuantum — 光子、10億量子ビット計画

PsiQuantumはシリコンフォトニクス工程で光子量子ビットを作る。GlobalFoundriesの300mmウェハラインに量子回路を刻むのが核心アイディアである。単一チップではなく、モジュラ光子システムで100万〜10億量子ビット規模を目標とする。

光子量子ビットは室温で動作し、光ファイバで量子ビットをそのまま運べる点でデータセンター親和的である。短所は光子生成が確率的(probabilistic)であること。PsiQuantumはこれをfusion-based quantum computing(FBQC)というアーキテクチャで回避する。小さなもつれ状態(resource state)を予め作っておき、「フュージョン測定」で大きなもつれを合成する。

2024年PsiQuantumはオーストラリア・ブリスベンに初のフォールトトレラントシステムを建設すると発表し、2025年にはイリノイ州シカゴにも第2サイトを確定した。両施設とも2027〜2029年の稼働目標である。

PsiQuantumの約束が本物かはまだ未知数である。他社が100〜1000量子ビットで実際の測定値を示している間、PsiQuantumは「数百万量子ビットを一気に」という大きな絵を描く。賭けである。

9章 · Rigetti / IQM — 超伝導の挑戦者たち

IBM・Google以外にも超伝導陣営には2社がある。

Rigetti Computing(米国)

Rigettiは2024年にAnkaa-3システムを84量子ビットで、2025年には84量子ビット2モジュールを結合して168量子ビットのマルチチップシステムを実演した。AWS Braketと独自のQuantum Cloud Services(QCS)の両方からアクセス可能。Rigettiの強みは高速なゲート時間(2量子ビットゲート70ns)である。

RigettiのSDKはForestで、pyQuilで回路を書く:

from pyquil import Program, get_qc

from pyquil.gates import H, CNOT, MEASURE

p = Program()

ro = p.declare("ro", "BIT", 2)

p += H(0)

p += CNOT(0, 1)

p += MEASURE(0, ro[0])

p += MEASURE(1, ro[1])

qc = get_qc("Ankaa-3")

result = qc.run(p.wrap_in_numshots_loop(1000))

print(result.readout_data.get("ro"))

IQM(フィンランド)

IQMは欧州量子コンピューティングの代表である。本社はフィンランド・エスポー。2024年にIQM Star 54量子ビットシステムを発売、ドイツのユングフラウスーパコンピュータセンターに設置した。2025年にはIQM Radiance 150量子ビットシステムを発表。

IQMは欧州EuroHPCの資金でポーランド・チェコ・スペインのスーパコンピュータセンターに量子システムを供給する契約を相次いで獲得した。「HPC補助の量子コンピュータ」というポジショニングが明確である。

IQMのOpenQASM 3サポートが強みである。Qiskit・Cirqの両方と互換。

10章 · Microsoft Majorana 1(2025.2) — トポロジカル量子ビットの初成果

2025年2月、MicrosoftはMajorana 1チップの結果をNatureに掲載した。8量子ビットチップで「トポコンダクタ(topoconductor)」という新しい物質 — インジウムヒ素(InAs)ナノワイヤとアルミニウム(Al)超伝導体の組み合わせ — の上でMajorana zero modesを測定したものである。

核心主張: Majoranaフェルミオン2個が1対になって1量子ビットを作り、2つのフェルミオンが空間的に分離されているため局所ノイズの影響を受けない。理論上、誤り訂正オーバヘッドが表面符号の100〜1000分の1。

懐疑的な見方も多い。2018年にMicrosoftがMajorana観測を発表したがデータ解析の誤りで撤回した経緯がある。Majorana 1が本当にトポロジカルに保護された量子ビットなのか、単なるアンドレーエフ束縛状態(Andreev bound state)なのかは学術界の意見が分かれる。

Microsoftの約束は「5年以内に100万トポロジカル量子ビット」。本物ならゲームチェンジャー、そうでなければ再び大きな失望。2026〜2027年の次のデータが決定する。

Q#でトポロジカル量子ビットアルゴリズムを書く:

namespace Sample {

open Microsoft.Quantum.Canon;

open Microsoft.Quantum.Intrinsic;

open Microsoft.Quantum.Measurement;

operation BellPair() : (Result, Result) {

use q = Qubit[2];

H(q[0]);

CNOT(q[0], q[1]);

let r0 = M(q[0]);

let r1 = M(q[1]);

ResetAll(q);

return (r0, r1);

}

11章 · AWS Ocelot(2025.2) — キャット量子ビットの登場

同じ2025年2月、AWSはOcelotチップを発表した。9量子ビットシステム、カリフォルニア工科大学の量子研究所との共同開発成果である。

キャット量子ビット(cat qubit)はマイクロ波共振器の中に位相が180度反対のコヒーレント状態 — シュレディンガーの猫のような状態 — を量子ビットとして使う。2つの状態が本質的に離れているため「ビット反転(0と1の間の反転)誤り」が指数関数的に抑制される。残るのは位相反転誤りだけで、一種類の誤りだけ訂正すればよいので誤り訂正オーバヘッドが大幅に減る。

Ocelotは5つのデータ量子ビット + 4つの測定用バッファ + 位相反転訂正を1チップに統合した初のシステムである。ビット反転が100倍抑制されたという測定値とともに発表された。

AWSはBraketでOcelotアクセスを段階的に開放している。Microsoft・Google・AWS・IBMがそれぞれ異なるフォールトトレラントへの経路を歩んでいる — トポロジカル(MS)、表面符号(Google)、Heron + 誤り低減(IBM)、キャット量子ビット(AWS)。

12章 · Qiskit / Cirq / Q# / OpenQASM 3 — プログラミング標準

量子プログラミング言語4種を比較する。

Qiskit(IBM)

最大のエコシステム。Pythonベース、IBM Quantum + IonQ + Quantinuum + IQMなど多数のバックエンド。Qiskit Runtimeがクラウド実行環境。2024年にQiskit 1.0が安定版に。

from qiskit import QuantumCircuit, transpile

from qiskit_aer import AerSimulator

qc = QuantumCircuit(2, 2)

qc.h(0)

qc.cx(0, 1)

qc.measure([0, 1], [0, 1])

sim = AerSimulator()

tqc = transpile(qc, sim)

result = sim.run(tqc, shots=1024).result()

print(result.get_counts())

Cirq(Google)

Googleの量子ハードウェア専用として始まったが徐々に他のバックエンドにも対応。NumPy親和的で、AI研究者に楽な設計。cirq-google、cirq-ionq、cirq-pasqalなどのバックエンドアダプタ。

Q#(Microsoft)

ドメイン特化言語である。Python・C#から呼ぶ外部言語の形態。Azure Quantumバックエンドと統合。関数型スタイル、強い型付け、量子資源推定(resource estimation)ツールが強み。

OpenQASM 3

ベンダ中立な量子アセンブリ言語。OpenQASM 2の後継、2021年に標準化。2026年時点でIBM・Quantinuum・IonQ・Pasqalなど多数の会社がOpenQASM 3を入力として受け付ける。QiskitがOpenQASM 3を出力でき、OpenQASM 3からQiskitへのインポートも可能。

OPENQASM 3.0;

include "stdgates.inc";

qubit[3] q;

bit[3] c;

h q[0];

cx q[0], q[1];

cx q[1], q[2];

c = measure q;

PennyLane(Xanadu)

量子機械学習特化。PyTorch・TensorFlow・JAXと統合し、量子回路を微分可能なニューラルネットワーク層として使う。

dev = qml.device("default.qubit", wires=2)

@qml.qnode(dev)

def circuit(params):

qml.RX(params[0], wires=0)

qml.RY(params[1], wires=1)

qml.CNOT(wires=[0, 1])

return qml.expval(qml.PauliZ(0))

print(circuit([0.5, 0.3]))

13章 · 量子誤り訂正 — Surface / Color / Floquet

NISQからフォールトトレラントへ渡る橋が量子誤り訂正符号(QEC)である。

表面符号(Surface Code)

平面格子上に量子ビットを配置し、隣接する量子ビット同士でのみ測定する符号。しきい値誤り率が約1パーセントで最も寛容 — 物理量子ビットの2量子ビット誤り率が1パーセント以下なら、符号距離を増やすほど論理誤りが減る。距離dパッチは量子ビットd^2個で1個の論理量子ビットを作る。距離5パッチは25量子ビット、距離7パッチは49量子ビット。GoogleのWillowが距離7でbelow thresholdを実演した。

カラー符号(Color Code)

三角形格子上の符号。表面符号より測定すべきスタビライザが多いが、transversal CNOTのようなゲートが自然に入っているという利点がある。Quantinuumの炭素12カラー符号デモが代表例。イオントラップのall-to-all接続とよく合う。

Floquet符号

時間に従って測定パターンを変える動的符号。2022年にMicrosoft研究陣が提案。表面符号より量子ビット効率が良く、測定オーバヘッドを時間で分散でき、ハードウェア親和的。2025年に一部の実験的実装が発表された。

Concatenated / qLDPC

伝統的なconcatenated符号(Steane符号、Bacon-Shor符号など)以外に、2024年から量子LDPC(quantum low-density parity-check)符号が注目される。IBMのbivariate bicycle符号が代表例 — 距離12の符号を144物理量子ビットで作れるため、表面符号比で量子ビット効率が5〜10倍。

|---|---|---|---|

| Surface | 1.0% | 49:1 | 超伝導 |

| Color | 0.5% | 49:1 | イオントラップ |

| Floquet | 1.0% | 50:1 | 超伝導 |

| qLDPC (BB) | 0.3% | 12:1 | 超伝導+長距離 |

14章 · 韓国(KISTI・ETRI) / 日本(理研・NEC・富士通・NTT)

アジアの量子戦略は米国・欧州とは趣が違う。国家主導 + 産学官コンソーシアム形態である。

韓国

**KISTI(韓国科学技術情報研究院)** は2024年11月にIBM Quantum System Twoを延世大学松島キャンパスに設置すると発表し、2025年に稼働に入った。アジア初のIBMシステムである。韓国政府の量子コンピューティング・通信・センシング総合計画2030の一環。

**ETRI(韓国電子通信研究院)** は自社の超伝導量子ビットを開発する。2024年に20量子ビット試作品を発表、2026年に50〜100量子ビットシステムの実演を目標とする。ゲート忠実度は99.5パーセント水準でIBM・Googleには及ばないが、自社技術保有に意義がある。

**Q-Center** はKAIST・SNU・POSTECHのコンソーシアム。量子アルゴリズム・ソフトウェア研究が強み。

**Samsung・SKテレコム・LG** は量子通信(QKD)に集中。SKテレコムはID Quantiqueの株式を保有する。

日本

**理研(理化学研究所)** は富士通と共同で64量子ビットの超伝導量子コンピュータを2023年3月に公開、2025年には256量子ビットシステムの稼働に入った。日本の量子フラッグシップである。

**NEC** は量子アニーリング専用システムを開発する。D-Waveに似たアニーラと超伝導ゲート型の両方。

**富士通** は理研との協業以外に、Quantum-Inspired Computingという古典ハードウェア上で量子アルゴリズムを模倣するデジタルアニーラ事業も展開する。

**NTT** は光量子コンピューティングに集中。光ファイバと量子情報を同時に扱う自社の強みを生かしてphotonic quantum路線。

**東芝** は量子鍵配送(QKD)の商用化で世界先頭。量子コンピューティング自体より量子セキュリティのビジネス。

日本政府はMoonshot Program目標8 — 2050年フォールトトレラント量子コンピュータ — に数百億円規模の予算を配分。

15章 · 量子コンピューティングの応用 — 化学・材料・暗号・金融・機械学習

2026年時点で最も近い応用5種を挙げる。

量子化学

分子エネルギー計算。VQE(Variational Quantum Eigensolver)と量子位相推定で小さな分子(H2O、LiH、BeH2など)の基底状態エネルギーを計算する。2024年にIBMが78量子ビットでペロブスカイト結晶表面のシミュレーションを発表した。

材料科学

磁性材料、超伝導体、トポロジカル材料のシミュレーション。Hubbardモデル、Isingモデルを量子シミュレータで直接動かす。

耐量子暗号(PQC)

RSA・ECCを破るShorアルゴリズムは2000〜4000論理量子ビットでRSA-2048を破るのに約10時間かかるという推定。2026年時点でそれが可能なシステムはないが、NISTは2024年8月にPQC標準を確定した(ML-KEM、ML-DSA、SLH-DSA)。政府・金融機関はすでにPQCへ移行中である。

量子機械学習(QML)

理論上、量子コンピュータは一部の機械学習問題に指数関数的加速を与えうる(HHLアルゴリズム)。実際にはデータ入出力ボトルネックのために加速幅が大きくないというのが現在の見方。PennyLane・TensorFlow Quantumがツール。

金融モデリング

オプション価格算定、ポートフォリオ最適化。Goldman Sachs・JP MorganがIBM・Quantinuumとパイロット。QAOAを使う。

16章 · 2026年以降のロードマップ — Useful Quantum Advantageはいつか

企業別の約束を整理すると:

| 企業 | 2026 | 2027 | 2028〜30 |

|---|---|---|---|

| Quantinuum | H3 64q | Sol | Apollo(数千論理q) |

| Pasqal | Orion 1000q | (拡張) | 10000q目標 |

| Atom | 2000q | 5000q | 10000q |

| RIKEN | 256q | (拡張) | 1000q |

| ETRI | 50〜100q | (拡張) | (目標非公開) |

「useful quantum advantage」 — 古典コンピュータでは解けない本物の応用問題を量子が解く時点 — は2027〜2029年が多数説。化学・材料シミュレーションが最初に、その次に最適化・機械学習、最後に暗号解読。

17章 · 参考資料 / References

- Google Willow発表(Nature、2024.12) — https://blog.google/technology/research/google-willow-quantum-chip/

- Google Quantum AIページ — https://quantumai.google/

- IBM Quantum Heron R2 — https://www.ibm.com/quantum/blog/quantum-roadmap-2025

- IBM Qiskit — https://qiskit.org/

- IBM Quantum Platform — https://quantum.ibm.com/

- Quantinuum H2 — https://www.quantinuum.com/products/h2

- Quantinuum Color Code(Nature、2024) — https://www.nature.com/articles/s41586-024-08316-w

- IonQ Tempo発表 — https://ionq.com/news

- Pasqal Orion — https://www.pasqal.com/

- Pasqal Pulser SDK — https://pulser.readthedocs.io/

- Atom Computing 1180q(2023) — https://atom-computing.com/

- QuEra Aquila — https://www.quera.com/

- PsiQuantum Brisbane — https://psiquantum.com/

- Microsoft Majorana 1(Nature、2025.2) — https://www.nature.com/articles/s41586-025-08703-x

- Microsoft Q# / Azure Quantum — https://azure.microsoft.com/en-us/products/quantum

- AWS Ocelot発表(2025.2) — https://aws.amazon.com/blogs/quantum-computing/

- AWS Braket — https://aws.amazon.com/braket/

- Rigetti Ankaa-3 — https://www.rigetti.com/

- IQM Star / Radiance — https://www.meetiqm.com/

- OpenQASM 3.0仕様 — https://openqasm.com/

- Cirq(Google) — https://quantumai.google/cirq

- PennyLane(Xanadu) — https://pennylane.ai/

- arXiv quant-ph — https://arxiv.org/list/quant-ph/recent

- 表面符号レビュー(Fowler et al, 2012) — https://arxiv.org/abs/1208.0928

- IBM qLDPC bivariate bicycle符号 — https://arxiv.org/abs/2308.07915

- Floquet符号(Hastings, Haah, 2022) — https://arxiv.org/abs/2107.02194

- NIST PQC標準 — https://csrc.nist.gov/projects/post-quantum-cryptography

- KISTI 量子コンピューティングセンター — https://www.kisti.re.kr/

- ETRI 量子コンピューティング — https://www.etri.re.kr/

- 理研RQC 64量子ビットシステム — https://www.riken.jp/en/research/labs/rqc/

- 日本Moonshot目標8 — https://www8.cao.go.jp/cstp/moonshot/

量子コンピューティングはもはや「10年先」ではない。2026年5月、私たちはNISQの終わりとフォールトトレラントの始まりのどこかに立っている。これからの3年が決定的である。