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IBMは既に世界最大の量子コンピュータ群を所有しており、6月10日に最新の量子コンピュータ構想を発表した。それは、世界初の大規模フォールトトレラント（耐障害性）量子コンピュータであり、実用的かつ拡張可能な量子計算の基盤を築くものだ。このコンピュータは4年後に登場する予定で、IBM Quantum Starling（スターリング）と呼ばれる。ニューヨーク州ポキプシー市の新しいIBM量子データセンターで稼働し、現在の量子コンピュータの2万倍の計算能力を発揮するとされる。IBMは、スターリングが量子状態の複雑さを完全に探ることができ、量子コンピュータが限られた特性しかアクセスできないという制限を突破すると主張している。

​​IBMは6月10日、量子計算の次世代を担う新しい構想を発表した。発表されたのは、世界初となる「大規模フォールトトレラント量子コンピュータ」で、実用化に向けた量子技術のマイルストーンとされている。この新型量子コンピュータは「IBM Quantum Starling（椋鳥）」と名付けられ、2029年に登場予定。ニューヨーク州ポキプシーに新設されるIBMの量子データセンターで稼働し、現在の量子マシンの約2万倍の性能を持つという。

IBMの会長兼CEO、アーヴィンド・クリシュナ氏は「IBMは数学、物理、工学の知見を集約し、現実世界の課題を量子で解決する次の一歩に踏み出している」とコメント。Starlingは、これまでアクセスが困難だった量子状態を完全に解析可能にすることで、量子計算の限界を突破するとしている。

このシステムでは、200個の論理量子ビットを用いて1億回の量子計算を行う構想で、後続機「Blue Jay（ブルージェイ）」では2,000個の論理量子ビットを使って10億回の演算が可能になるという。これにより、新薬の開発、素材研究、化学分野、さらには複雑な最適化タスクまで、時間とコストの大幅削減が期待される。

​​数百または数千の論理量子ビットを備えた大規模なフォールトトレラント量子コンピュータは、数億〜数十億回の演算をこなすことができる。この性能により、医薬品の開発、素材の発見、化学の基礎研究、最適化などの分野で、時間やコストの大幅な削減が期待されている。論理量子ビットは、量子情報を保持する基本的な単位で、フォールトトレラント量子コンピュータの中核をなす。1つの論理量子ビットは複数の物理量子ビットから構成されており、互いに情報を支え合いながらエラーを検出・補正できる仕組みになっている。

IBMは、量子コンピュータも従来のコンピュータと同様に、大規模な計算を正確に実行するにはエラー修正が不可欠だと指摘している。そのため、複数の物理量子ビットを束ねて、よりエラーに強い論理量子ビットを構成するという手法が採られている。物理量子ビットの数が増えるほど、論理量子ビットのエラー率は指数関数的に下がり、より多くの演算が可能になる。

ただし、できるだけ少ない物理量子ビットで多くの論理量子ビットをつくり、量子回路を効率的に動かすことは、依然として業界の大きな課題だ。鍵となるのは、どのエラー訂正コード技術を採用するか。そして、その技術を拡張可能なかたちでシステムに組み込めるかどうかにかかっている。

IBMは、論理量子ビットのスケールアップには膨大な数の物理量子ビットが必要となり、それにともない装置や制御用の電子機器など、基盤インフラの需要も急増すると分析している。そのため、既存の方式では小規模な装置や実験にとどまる可能性が高く、真に実用的な大規模フォールトトレラント量子コンピュータを実現するには、以下の条件を満たすアーキテクチャが求められている。

・エラーを十分に抑制し、実用的なアルゴリズムを安定的に実行できるフォールトトレランスがあること

・論理量子ビットを演算により準備・測定できること

・​論理量子ビットにオペランドを適用できること

・測定結果をリアルタイムにデコードし、その後の操作を調整できること

・​モジュール型の設計により、数百〜数千の論理量子ビットに拡張可能であること

・限られた物理的資源（エネルギーや装置）でも実用的なアルゴリズムを効率よく動かせること

​​こうした要件を満たすため、IBMは2本の技術論文を発表した。

​1本目の論文では、qLDPCコードを活用した新しいアーキテクチャを紹介しており、『Nature（ネイチャー）』誌に掲載された革新的なエラー訂正技術をベースにしている。この技術は、主流のエラー訂正方式と比べて、必要な物理量子ビットの数を大幅に減らすことができ、全体のコストを90％以上削減するという。さらに、他の方式と比べてどの程度のリソースが必要かについても詳細に示されている。

2本目の論文では、物理量子ビットの測定結果を効率的にデコードする手法を解説。従来のクラシック計算リソースを活用して、エラーをリアルタイムで検出・修正するまでの流れを明らかにしている。​

今後の開発ロードマップも具体化されている。2025年に登場予定の「IBM Quantum Loon（潜鳥）」は、qLDPCアーキテクチャの一部を試験する目的で設計されており、遠く離れた量子ビットをチップ内で接続できる「Cカップラー」を搭載する予定だ。

続く2026年には、「IBM Quantum Kookaburra（笑翠鳥）」が登場予定。IBM初のモジュール型プロセッサとして設計され、量子メモリと論理演算の両機能を備えており、クロスチップ型のフォールトトレラントシステムを構築するための中核的なコンポーネントとなる。

さらに、2027年には「IBM Quantum Cockatoo（鳳頭鸚鵡）」が登場予定で、「Lカップラー」技術を用いて、Kookaburraモジュール2群を量子もつれ状態に接続。これにより、巨大な一枚チップを作らずに、量子システムをノード型に拡張できる。こうした技術的進展を経て、2029年には「Starling（椋鳥）」システムの完成が見込まれている。

【日時】2025年06月11日 17:21
【提供】風傳媒

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