量子コンピューティングの世界では、世界で最も重要なテクノロジー大手企業の一部が、古典的コンピューティングに対する恒久的な優位性を達成しようと努力している。これは、どれだけ多くの古典的コンピューターを使っても解決できない問題を解決することを意味する。多くのスタートアップ企業も有望なアイデアを持って競争に参加しているが、中にはまだ科学的概念の段階にとどまっているものもある。本記事では業界の状況に触れ、なぜIBMが量子分野で最有力な位置にあると考えるかを詳述する。（テクノロジー業界の多くの企業と同様、IBMはCambrian-AI Researchの顧客である。）
背景
量子関連株と非公開企業の企業価値評価は2025年に急騰した。IonQ、Rigetti Computing、D-Wave Quantum、Quantum Computingといった純粋な量子コンピューティング関連の上場企業は、過去12カ月間で約2倍から20倍近い上昇を記録し、ナスダック総合指数を大きく上回った。
これらの初期段階の純粋な上場企業に加えて、IBM、エヌビディア、グーグル、アマゾン、マイクロソフトといったテクノロジー大手企業も、「AI後の次なる大きなもの」になることを期待して投資を行っている。もちろん、ビッグテックは既存のコンピューティングおよびIT事業から量子投資に資金を供給しているが、初期のIPO企業はより切迫した投資家の要求に直面しているため、最近の急騰後の短期的な軌道について当然ながら懸念がある。
量子の研究開発には、科学研究への大規模な投資と、競争優位性および製品・サービス販売のための製品開発への投資が必要である。Crunchbaseのデータによると、業界全体では2024年に量子スタートアップ企業向けのベンチャーキャピタルだけで62回の資金調達ラウンドを通じて19億ドル以上を投資しており、これは2023年に調達された7億8900万ドルから138%の増加となっている。幅広い業界の主要企業が現在、量子戦略を策定しており、AI以来、間違いなくコンピューティングにおける最も影響力のある革命の1つとなるものから恩恵を受けようとしている。
本記事では、今後数年間で量子優位性（QA）の達成を目指して競い合っているさまざまなモダリティの概要を説明する。QAの達成とは、量子コンピューターが、どのようなサイズの古典的スーパーコンピューターでも計算できない有意義なタスクを実行したことを意味する。その後、超伝導量子ビット分野および量子コンピューティング全体のリーダーであるIBMからのニュースを詳しく見ていく。
量子モダリティ
デジタル半導体ベースのコンピューティングとは異なり、量子コンピューティングの方法論は多岐にわたり、どの「モダリティ」が優位に立つかはまだ明確ではない。IBMやグーグルのような一部の企業は、絶対零度近くまで冷却された超伝導量子ビットを使用している。Quantinuumのような他の企業は、空間に閉じ込められて浮遊している荷電イオン粒子を使用している。
実際、量子コンピューティングの状況は、優位性を競う6つの主要なハードウェアモダリティを特徴としている。超伝導量子ビット、トラップイオン、中性原子、フォトニックシステム、シリコンスピン量子ビット、そしてトポロジカル量子ビットに関する初期段階の研究である。各アプローチは独自の利点を提供し、耐障害性のある実用規模の量子コンピューティングへの競争において独自の課題に直面している。私の見解では、IBMは超伝導分野のリーダーであり、Quantinuumはおそらくトラップイオン分野の主要プレーヤーであり、QuEraは中性原子分野の競争者である。他の3つのモダリティはまだ競争的な立場にはないが、理論的には有望である。
私は今後数カ月間で、超伝導から始めて、上位3つのモダリティに関する研究を具体化し、その分野のリーダーであるIBMについて詳述する予定である。
IBM量子：超伝導量子ビット
超伝導量子ビットは、宇宙空間よりも冷たい絶対零度近くで動作し、量子コンピューティングに採用された最初のモダリティの1つであった。
量子コンピューティングが実用化されるためには、まずDiVincenzo基準を満たして動作する量子コンピューターを持つ必要がある。次に、そのベースラインに加えて、4つの要件がある。スケーラブルで耐障害性のある量子システム、量子回路開発のためのソフトウェア、手頃な価格の製造ライン、そしてユーザーのコミュニティである。IBMは4つすべてにおいて進歩と持続的なリーダーシップを実証しており、2026年末までに量子優位性を達成し、2029年までに完全な耐障害性を達成する道筋を示している。
IBMは1970年代から量子コンピューティングを研究しており、技術ロードマップ全体にわたって一貫した進歩を遂げるとともに、開発者と研究者の広範なエコシステムを構築してきた。同社は定期的に包括的なロードマップを公開しており、目標を達成していること、取り組んでいるマイルストーン、そしてそれらがいつ完了するかを示している。特筆すべきは、IBMはこれまで公表したマイルストーンを逃したことがないことである。眼鏡なしでは読みにくいが、同社の広く公表された完全なロードマップは以下の通りである。
今年のIBM量子開発者会議で、IBMはコミュニティが来年量子優位性を達成し、2029年末までに完全に耐障害性のある量子コンピューティングシステムを実現するための基盤を築いたと発表したことを繰り返す価値がある。
「真に有用な量子コンピューティングを世界にもたらすには多くの柱がある」と、IBM Researchディレクター兼IBMフェローのジェイ・ガンベッタ氏は述べた。「IBMは、変革的なアプリケーションを解き放つために、量子ソフトウェア、ハードウェア、製造、エラー訂正を迅速に発明し、スケールできる唯一の企業であると信じている。本日、これらのマイルストーンの多くを発表できることを嬉しく思う。」
会議で発表された内容には、新しいQuantum Nighthawkチップと実験的なLoonチップ、更新されたQiskit開発ソフトウェア、重要な量子優位性トラッカー、AMD FPGAを使用したエラー検出デコーダー、そしてAlbany NanoTech施設での300mmウェーハ生産への移行が含まれる。
Nighthawkチップ：スケーラブルな量子優位性への道
Nighthawkは、120量子ビットを備えたIBMの短期的な最先端プロセッサーである。Nighthawkを使用することで、開発者は古典的な大規模高性能コンピューターシステムで達成できるものに対する有用な優位性を実証できる。前世代より30%高速で、隣接する量子ビットを接続するための218個のカプラーを備えている。Nighthawkは、パートナーが量子優位性を達成する最初のソリューションを作成するために使用するIBMプラットフォームである。
現在、IBMはNighthawkのスケールアップにも取り組んでいる。Nighthawkの将来の反復は、2026年末までに最大7500ゲートを提供し、2027年には最大1万個の2量子ビットゲートを提供することが期待されている。2028年までに、Nighthawkベースのシステムは最大1万5000をサポートできる可能性があり、これは昨年IBMの実験的プロセッサーで初めて実証された長距離カプラーを通じて拡張する1000個以上の接続された量子ビットによって可能になる。
量子優位性の実現
「量子優位性とは、2つの基準を満たす方法で量子コンピューター上でタスクを実行する能力である。第一に、量子コンピューターの出力の正確性が厳密に科学的に検証できること。第二に、古典的計算単独で達成可能なものよりも優れた効率性、費用対効果、または精度を実証する量子分離を伴って実行されることである。」
開発者が量子優位性を達成したことを知り、共有できるよう支援するため、IBMはコミュニティベースの「量子優位性トラッカー」を作成した。Algorithmiq、Flatiron Institute、BlueQubitは、オープンな量子優位性トラッカーに新しい結果を提供しており、これはコミュニティのメンバーに科学的に証明された優位性の実証、またはそれらの主張を反証する古典的アルゴリズムを提供することを奨励している。このマイルストーンが広く使用されれば、コミュニティによって検証された優位性と、今日の頻繁で多くの場合根拠のない主張とを区別することになる。
量子開発プラットフォームQiskitのアップデート
QiskitはIBMによって開発された世界最高性能の量子ソフトウェアスタックである。現在、開発者により多くの制御とより優れたパフォーマンスを提供し、動的回路機能をスケーリングすることで（昨年フォーブスで取り上げた）、100個以上の量子ビットにわたって20%以上の精度向上を実現している。
プログラマーは一般的に、お気に入りの言語でコードを書いたり生成したりすることを好み、C++は最大のパフォーマンスを得るための圧倒的なお気に入りである。IBMは、C-APIを提供する新しい実行モデルでQiskitを拡張しており、HPC加速エラー軽減機能を解放し、正確な結果を抽出するコストを100倍以上削減する。2027年までに、IBMはまた、微分方程式やハミルトニアンシミュレーションを含む基本的な物理的および化学的課題に対処するために、機械学習と最適化のための計算ライブラリでQiskitを拡張する予定である。
実験的量子Loon
同社はまた、耐障害性量子メモリに必要なすべての主要コンポーネントを初めて実証する実験的プロセッサーであるIBM Quantum Loonを発表した。これは耐障害性量子コンピューティングの明確な要件である。IBM Loonは、実用的で高効率な量子エラー訂正に必要な要素を実装およびスケールするための新しいアーキテクチャを検証する。IBMは、Loonに組み込まれる機能を宣伝しており、これには、Nighthawkの最近接カプラーを超えて、同じチップ上の遠く離れた量子ビットを物理的にリンクするより長いオンチップ接続（または「cカプラー」）のための経路を提供する、複数の高品質で低損失のルーティング層の導入が含まれる。
量子エラー訂正コードの進歩
IBM量子は超伝導実装のおかげで驚異的に高速であるが、今日のIBMシステムは、すべての量子コンピューティング技術と同様にまだノイズが多いため、量子エラー軽減とエラー訂正が重要である。
IBMは現在、古典的コンピューティングハードウェアを使用して、実行時に480ナノ秒未満でエラーを正確に検出することが可能であることを証明しており、これは最速のGPUの8倍であり、予定より1年早く到達した。IBMは将来の世代の量子コンピューターに、このFPGAプロトタイプのさらに高速なハードウェア相当品を追加することが期待される。
IBMが製造を300mm施設にスケール
IBMはまた、量子プロセッサーウェーハの主要な製造が、ニューヨークのNY CreatesのAlbany NanoTech Complexにある先進的な300mmウェーハ製造施設で行われていることを発表している。この動きは、IBMが量産にランプアップする道を開く。LoonとNighthawk、そしてIBM量子開発ロードマップ上のすべての将来のチップは、最先端の300mm半導体ウェーハ技術を使用して、NY CREATESのAlbany NanoTech Complexで製造されている。Albany施設は世界で最も先進的な半導体製造施設の1つである。
この戦略を使用することで、IBMは各新しいプロセッサーを構築するのに必要な時間を少なくとも半分に削減することで、研究努力の速度を2倍にした。
重要なポイント
量子コンピューティングの時代は近づいており、IBMは今後数年間で迅速な生産ランプを可能にするために必要なスケーラブルで耐障害性のあるハードウェア、ソフトウェア、製造、コミュニティエコシステムを提供している一方で、Quantinuumなどの他の企業もすぐ後ろに迫っている。
量子コンピューティングは、今日または明日の古典的コンピューター技術に取って代わるものではない。代わりに、量子はそれを強化し、最大のスーパーコンピューターでさえ今日では存在しないソリューションを可能にする。実際、ほとんどの人は、量子コンピューターが古典的コンピューティングシステムと協力して動作することを想定している。
皆さん、シートベルトを締めてほしい。量子はもうすぐそこまで来ており、私たちが知っているコンピューティングの世界を変えるだろう。
