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 東京大学と日本IBMが2021年7月27日、日本で初めてゲート型商用量子コンピューターを川崎市で稼働した。量子ビットは27個と少なく、従来型コンピューターに対する優位性も見つかっていないが、東大との共同研究にはトヨタ自動車や三菱UFJフィナンシャル・グループ(MUFG)などが名を連ねる。著名企業がこぞって触りたがる理由はどこにあるのか。

今の量子コンピューターは「乳幼児」?

 川崎市で稼働した「IBM Quantum System One」が搭載するのは、27量子ビットの「IBM Quantum Falcon プロセッサー」だ。現状、27量子ビットの量子コンピューターが従来型コンピューター(量子コンピューターに対して「古典コンピューター」と呼ばれる)よりも高速に解ける計算問題はまだ見つかっていない。慶応義塾大学の伊藤公平教授は2021年7月27日の記者会見で、IBMのマシンは世界トップの水準だとしながらも「人間でいえば少し前まではよちよち歩き。今は運動会くらいには出られる状態」と表現した。

日本初の商用ゲート型量子コンピューター「IBM Quantum System One」
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日本初の商用ゲート型量子コンピューター「IBM Quantum System One」
(撮影:日経クロステック)

 現状の量子コンピューターが乳幼児に例えられる理由は量子ビット数の少なさだけではない。もう1つの理由は、現在の量子コンピューターでは量子ビットの誤り訂正ができず、本来の意味で「完全な量子コンピューター」とは呼べない点にある。

 量子ビットは「0」と「1」の両方が同時に存在する「重ね合わせ」などによって情報を管理するが、重ね合わせなどの状態は非常に壊れやすい。量子ビットが情報を保てる時間は日進月歩で伸びているものの、IBMのマシンでも1万分の1秒程度だ。複数の量子ビットを使って複雑な計算を実行しようとしても、量子ビットの状態が壊れて誤りが発生するため、正確な結果が得にくくなる。

 量子ビットの誤り訂正ができる「汎用量子コンピューター(ユニバーサル量子コンピューター)」であれば、古典コンピューターを上回る性能が発揮できると理論的に証明されているが、汎用量子コンピューターの実現にはまだ時間がかかるとされている。グーグルは2029年に誤り訂正ができる量子コンピューターを実現するロードマップを公表しているが、実現にはまだ20~30年かかるとの見方が一般的である。

 いずれにせよ汎用量子コンピューターは、今すぐには使えない。それでも日本の著名企業がこぞって、不完全な量子コンピューターに触りたがっている。東大の産学協創部協創課が事務局を務め、量子コンピューターの社会実装に向けた研究を目指す「量子イノベーションイニシアティブ協議会(QII)」にはトヨタ、MUFGのほかソニーグループ、日立製作所、三菱ケミカルなどが正会員として参画する。正会員の会費は共同研究契約などを含めて5000万円以上だが、今回日本に設置された量子コンピューターを利用できるようになる。

近い将来の量子コンピューターに高まる期待

 こうした企業が今の時点で量子コンピューターに触りたがる理由は2つある。1つは誤り訂正ができない量子コンピューターであっても、近い将来に量子ビットが増えることで実用的な性能を発揮できる可能性があることだ。もう1つは各企業が、量子コンピューターが普及する前に競合に先駆けて「量子ネーティブ」な人材を育てようとの思惑を持っていることである。

 IBMは近い将来、量子ビット同士を蜂の巣構造のような「重六角形格子状に接続することによって、ノイズを抑えながら量子ビットを増やせる」(日本IBMの東京基礎研究所で副所長を務める小野寺民也技術理事)とみている。具体的には2023年に1121量子ビットのCondorプロセッサーを投入する計画を発表している。

 東大の井元信之特命教授は27量子ビットでも古典コンピューターより高速に解ける計算問題が存在する可能性を指摘する。さらに「1121量子ビットが達成されれば、量子コンピューターでないと解けない問題の種類が増えると予想される」と話す。