いわゆる「量子優位性」がもたらす可能性は単純明快です。量子力学の直感に反する法則を利用することで、量子コンピュータは理論上、あらゆる従来型スーパーコンピュータの計算能力を凌駕できるはずです。
しかし、量子優位性が私たちの情報技術を劇的に変える前に、研究者たちは量子コンピュータが主流となることを阻む多くのハードルを克服しなければなりません。とはいえ、量子コンピューティングという分野はここ数年で劇的に進化しており、物理学者たちはこれらの潜在的に革命的なシステムの極めて奇妙な性質への対処能力をますます向上させています。
そうしたブレークスルーの一つは、量子ビットに関するものだ。量子ビットとは、量子コンピュータにおける最小の情報単位であり、通常のコンピュータにおける古典ビット（0または1）に似ている。火曜日にNature Communications誌に掲載された論文で、研究者たちは量子ビットの品質向上における大きなマイルストーンを発表した。超伝導量子ビットの一種であるトランスモン量子ビットのコヒーレンス時間の記録を更新したのだ。彼らの記録である最大持続時間1ミリ秒は、昨年フェルミ国立加速器研究所が記録した0.6ミリ秒を大きく上回るものだ。
科学者がコヒーレンス時間に興味を持つ理由は様々です。従来の2進ビットとは異なり、量子ビットは球面上の異なる点のように、複数の状態の重ね合わせ状態に存在することができます。この量子ビットの特殊性により、量子ビットは従来のスーパーコンピュータをはるかに凌駕する規模で、指数関数的に膨大な量のデータを伝送・処理することが可能になります。
皮肉なことに、まさにこの性質こそが、量子ビットを背景ノイズに極めて敏感にする原因でもある。つまり、「不要なものも拾ってしまう」のだと、論文の主任著者であるミッコ・モットネン氏はギズモードとのビデオ通話で説明した。これが起こると、量子ビットは量子ビット・デコヒーレンスと呼ばれるプロセスによって、含まれている貴重な情報を失う。
このデータ損失を補うために、科学者は一般的に量子エラー訂正と呼ばれる手法を用いる。これは、単一の物理量子ビット（例えばトランスモンチップ）を「論理量子ビット」と呼ばれる複雑な回路に配置する手法だと、ドイツのカールスルーエ工科大学の物理学者、イオアン・ポップ氏はギズモードとのビデオ通話で述べた。この研究には関与していないものの、別のプロジェクトでモットネン氏と共同研究を行っているポップ氏は、このような手法は量子コンピューターが「デコヒーレンスをより効果的に抑制する」のに役立つと指摘した。
しかし、量子誤り訂正ではデコヒーレンスによって失われた情報を完全に回復することはできないため、モットーネン氏と彼のチームは、物理的な量子ビット自体を製造するための代替アプローチを研究することになった。彼らが行った手順は、複数の配線構成をテストすることから、回路のインターフェースがクリーンであることを確認することまで、多岐にわたる。
複数回の試行錯誤を経て、彼らは1ミリ秒という記録破りのコヒーレンス時間を実現する改良点にたどり着きました。これは取るに足らない短い時間のように思えるかもしれませんが、量子コンピュータが膨大な数の複雑な演算を実行するには十分な長さだとモットネン氏は説明します（一般的に、量子ビットはナノ秒単位で動作し、1ミリ秒は100万ナノ秒に相当します）。
フィンランドのアアルト大学の物理学者、モットネン氏は、コヒーレンス時間が長ければ量子エラー訂正にかかる時間とエネルギーが減るはずだと付け加えた。量子ビットのデコヒーレンスを完全に排除する方法は知られていないが（可能性は非常に低い）、コヒーレンス時間が長いほどエラーの頻度は減り、特に多くの既存の量子コンピュータでよくあるように量子ビット数が増えた場合はその傾向が顕著になる。例えば、グーグルが2019年に量子優位性を達成したと主張したSycamoreプロセッサは53量子ビットを搭載していたが、グーグルの結果よりも優れていたとされるQuantinuumのプロセッサは56量子ビットだった（誤解のないよう明記すると、どちらの結果も量子コンピューティングコミュニティの専門家からは懐疑的な見方が出ていた）。
「この論文は、製造に細心の注意を払うことでどれだけのメリットが得られるかを示していると思います」とポップ氏は述べた。「界面をクリアにすることでより良い量子ビットが得られることに驚きますか？いや、驚きはしません。彼らがそれを実現できたことに感心しますか？はい。なぜなら、制御するのは簡単ではないからです。基本的に料理のようなもので、すべてのパラメータを制御するのは非常に難しいのです。」
そうは言っても、この新たな結果は、機能性の面で量子コンピューターが最終的に目指すところに到達するまで、「おそらくこうしたステップを100、1000以上」踏むことになるだろうとポップ氏は付け加えた。
「今、量子コンピューターが既に非常に高精度で、妥当な回路を構成できるようになっていることが、非常にエキサイティングだと思います」とモットネン氏は述べた。「あとは、量子コンピューターをもう少し（機能的に）改良し、単なるランダムな結果ではなく、より具体的なものにする必要があるだけです。実現には数年かかるでしょうが、それほど長くはかからないでしょう。かなり近い将来に実現するでしょう。」
訂正：この記事の以前のバージョンでは、1ミリ秒を1,000ナノ秒と誤って変換していました。正しくは1ミリ秒を100万ナノ秒と変換します。
更新（2025年7月9日 午後2時10分）：この記事の以前のバージョンでは、GoogleとQuantinuumは、主張しているにもかかわらず、量子優位性（量子超越性と呼ばれることもあります）を達成していないと述べていました。これは依然として激しい議論の的となっているため、進行中の論争を反映して文言を更新しました。
