量子计算加速落地：从实验室走向实用化的挑战与机遇

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この記事のポイント

• 中国が量子コンピューター開発で目覚ましい進展を遂げ、世界初の双核中性原子量子コンピューター「汉原2号」や、1024量子圧縮態入力可能な「九章四号」を発表。
• 量子コンピューターは「量子優越性」の達成をマイルストーンとし、実用化に向けた多技術路線での開発が加速。
• 規模化商用には、量子ビット数の増加、エラー率の低減、応用エコシステムの構築といった課題が残る。
• 2026年から2030年が量子コンピューティングの重要な転換期とされ、2030年前後には容錯量子コンピューターの初期実現が期待される。
• 実用化には、長期間の継続的な投資を可能にする「耐心资本」の存在と、標準化の推進が不可欠。

量子計算、現実への歩みを加速

最近、中国では量子コンピューティング分野で目覚ましい進展が見られます。中科酷原科技（武汉）有限公司は、物理ビット数200個を搭載した世界初の双核中性原子量子コンピューター「汉原2号」を発表しました。また、中国科学技術大学の潘建伟（パン・ジェンウェイ）チームは、1024量子圧縮態入力、8176モードのプログラマブル量子コンピューター原型機「九章四号」を開発し、3050個の光子状態を初めて操作・検出しました。

中国の「第15次五カ年計画」綱要では、量子技術が重点的に育成される未来産業として位置づけられています。専門家は、関連研究の深化に伴い、かつては遠い存在だった量子コンピューティングが、現実に急速に近づいていると指摘しています。

実用化プロセスが加速

最高120個の物理量子ビットを実現可能な、啓科量子技術（安徽）有限公司が開発した次世代イオントラップ量子コンピューター原型機「天算1号」は、注目すべき成果を上げています。

これは何を意味するのでしょうか？「量子優越性」の達成、すなわち量子コンピューターが特定の課題において古典コンピューターを凌駕する計算能力を示すことは、量子コンピューティングの実現可能性を検証する上で画期的な転換点となります。2019年、Googleは53量子ビットのコンピューター「Sycamore」を発表し、世界で初めて「量子優越性」を実証しました。

「当時、『Sycamore』は数学的問題の計算をわずか200秒で完了しましたが、世界最速のスーパーコンピューターでも2日かかりました」と、啓科量子（QiKe Quantum）の共同創設者兼CTOである陳柳平（チェン・リウピン）氏は語ります。量子ビットは量子コンピューティングでデータをエンコードする基本単位であり、理論上、量子ビットが1つ増えるごとに計算能力は指数関数的に増加します。「当社は、今後1～2年で光電融合チップの開発に注力し、量子コンピューターの小型化を推進するとともに、200個の物理量子ビットを持つ分散システムの実装を目指します。」

中性原子量子ビット、イオントラップ量子ビット、光量子ビット、超伝導量子ビットなど、これらはすべて、フォールトトレラントな汎用量子コンピューターを実現するための主要な技術ルートです。「現在、量子コンピューティングのハードウェアは、多様な技術ルートが並行して発展する格局を見せています。それぞれに強みがあります」と、中科酷原科技（武汉）有限公司の総経理である湯彪（タン・ビャオ）氏は説明します。中性原子技術ルートは汎用プログラマブル計算に主眼を置き、光量子技術ルートを採用した「九章四号」は、「ガウスボソンサンプリング」という特定の数学的問題の解決に長けています。「九章四号」は、操作可能な光量子ビットの規模を3050個にまで拡大し、再び世界記録を更新、処理できる量子状態空間が一段階上がったことを意味します。

こうした主要性能指標の飛躍的な向上に伴い、量子コンピューティングの実用化プロセスは加速しています。「現在、量子コンピューティングは『指標競争』から『特定用途の価値』へと移行しています」と湯彪氏は述べます。将来的には、量子コンピューターが分子シミュレーションや組み合わせ最適化といった特定の問題において、古典コンピューターでは達成できない、あるいはコストに見合わないタスクを安定的に実行できるようになれば、それは「おもちゃ」から「ツール」への飛躍的な進化の証となります。その時、中性原子などのスケーラビリティを持つ技術ルートは、エンジニアリング上の価値をさらに発揮するでしょう。

規模化商用にはまだ時間がかかる

将来性は明るいものの、量子コンピューティングが規模化して商用化されるまでには、まだ時間がかかります。

「現在、世界の量子コンピューティングは全体として『ノイズのある中規模量子』（NISQ：Noisy Intermediate-Scale Quantum）の段階にあります」と、中国科学院物理研究所の博士研究員である梁珪涵（リャン・グイハン）氏は述べています。超伝導、光量子、イオントラップ、中性原子などの技術ルートを採用した量子コンピューター原型機は、クラウドサービスを通じて研究機関や一部の企業に試用が開放されており、量子シミュレーションや組み合わせ最適化といった特定の問題で「量子・古典ハイブリッド計算」の探索が行われています。しかし、現時点では、量子コンピューターが実際の業務シナリオにおいて、古典計算と比較して安定した、スケーラブルな経済的優位性を示した例はなく、真の商用計算能力の提供にはまだ距離があります。

この見解は湯彪氏とも一致しており、彼は「現在、実際の業務シナリオに投入され、確実な収益を生み出している事例は多くありません。ごく一部の先進的なユーザーが先行して利用し、特定の問題で価値を模索している段階であり、安定したビジネスサイクルを形成するにはまだ時間がかかります」と述べています。

何が量子コンピューティングの商業化の歩みを遅めているのでしょうか？陳柳平氏は、「狭義の商業化、つまり製品を販売したり、基本的な計算能力サービスを提供したりすることであれば、多くの企業がすでに商業化を実現しています。しかし、現時点では、量子コンピューティングは人工知能、創薬、暗号化などの実際の応用において、代替不可能な価値を示しておらず、業界の痛点を真に解決するような現象級のアプリケーションも生まれていません」と指摘しています。

実験室からエンジニアリング製品へと移行する過程には、克服が難しい課題が横たわっています。例えば、現在の多くの量子コンピューターハードウェアでは、量子ビットの数がまだ少ないのです。業界では、物理ビット数が1000個を超えて初めて、AIモデルのトレーニングなどの実用的な問題を解決できる量子コンピューターが実現すると広く考えられています。さらに、量子ソフトウェアと既存の古典コンピューティング技術との融合も十分ではありません。

「現在、量子コンピューティングは、原型機から特定用途機への重要な転換期にあります」と湯彪氏は述べています。現在の量子コンピューティングにおける最大の不確実性は2つあります。1つはフォールトトレランス能力です。量子ビットの規模を拡大しながらエラー率をどう低減させるか、これは汎用量子コンピューターを実現するために乗り越えなければならない難関です。もう1つは応用エコシステムです。真の『キラーアプリケーション』が生まれるかどうか、これが量子コンピューティングが『研究原型』から実用可能なものへと移行する際にクリアすべきもう一つの重要な障害です。

困難は多いものの、産業界はこの2年間で顕著な進展を遂げており、多くの機関が2030年頃にはフォールトトレラント量子コンピューターが初期段階で実現するとの予測を示しています。企業別では、IBMは2029年に初の本格的なフォールトトレラント量子コンピューターの提供を目指しており、Googleは今後5年以内に商業化された量子コンピューティングアプリケーションの提供を見込んでいます。

「業界では、2026年から2030年が量子コンピューティングの重要な転換期になると広く予想されており、この5年間でフォールトトレラント量子コンピューティング技術の商業シナリオがさらに多く落地し、現象級のアプリケーションが登場することが期待されます」と陳柳平氏は述べています。

成果変換には「耐心資本」が求められる

量子コンピューターを製造することは、研究開発およびエンジニアリング上の勝利に過ぎません。それを実際に活用し、価値を生み出すためには、使いやすいソフトウェアスタックだけでなく、産業と技術の両方に精通した複合型人材が必要です。彼らは、顧客の真の課題を量子アルゴリズムが処理できる形式に「翻訳」する役割を担います。そして、後者の方が、量子コンピューターを製造することよりも難しい場合が多いのです。

湯彪氏は、「どのような破壊的技術もこの段階を経る必要があります。重要なのは、早期に実際のユーザーに実際のマシンに触れてもらい、使用する過程で問題点を露呈させ、人材を育成し、シナリオを蓄積することです」と述べています。

「製造」から「活用」への移行において、量子コンピューティングの実用化は、より多くの「耐心資本」（忍耐強い資本）を求めています。陳柳平氏は、量子コンピューター企業D-Waveの例を挙げています。同社はこれまで20年以上にわたる継続的な資本投資を受けてきました。中国国内のソーシャルキャピタルは「5+2」や「5+3」といった投資回収期間を採用することが多く、地方政府の指導基金も「7+2」や「7+3」が多いですが、これは量子技術が研究開発から大規模な商業化に至るまでに必要な実際の期間をはるかに下回っています。

湯彪氏もこの点について深く感じており、「量子技術は典型的な長期的なハードテック（基盤技術）であり、研究開発のブレークスルーから産業化までには通常10年以上かかります。関連する評価や資金支援の期間が、技術の法則と一致することを願っており、短期的な揺れ動きが少ないことを期待します」と述べています。

イノベーションチェーンから産業チェーンへと、科学技術成果の「変身」は常に多くの関門に直面します。「原理的な試作機からエンジニアリング試作機へ、そしてエンジニアリング試作機から量産製品へと、現在、関連する政策や資金支援はありますが、さらなる強化が必要です」と梁珪涵氏は提案します。彼は、量子エンジニアリング化の特別プロジェクトを設立し、実験室の試作機からエンジニアリング試作機への中間段階を支援し、基礎研究資金と産業資本の間のギャップを埋めることを提唱しています。同時に、量子技術の標準化体系の構築を加速することも重要です。

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