量子コンピュータについて私のnote
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量子コンピュータの私のnote
量子コンピュータは、量子力学の原理を利用し、0と1の「重ね合わせ状態」を計算に用いることで、古典コンピュータでは不可能な並列処理を可能にする。現在、NISQと呼ばれるエラー訂正機能のない量子コンピュータが開発されており、1000量子ビットを超える大規模化は難しいものの、特定の分野では既に古典コンピュータを凌駕する性能を示している。特に、化学やAIの分野において大きな可能性を秘めており、量子回路学習（QCL）のような新しいアルゴリズムも開発されている。世界各国で開発競争が激化する中、日本も後発の強みを生かした研究体制を構築し、将来の量子コンピュータ開発に貢献しようとしている。
量子コンピューターの研究開発は、2030年の「誤り訂正機能」を備えた量子コンピューター実現に向けて、世界中で活発化。特許ファミリー件数はこの10年で10倍に増加し、中でもIBMは特許価値占有率で近年トップに返り咲き、注目を集める。IBMの他、Alphabet、中国Origin Quantumなども上位。一方で、D-Waveは近年順位を下げた。
課題
量子ビットは、宇宙線等の微細な外乱でさえ状態が乱されるほどデリケートである。古典ビットとは異なり、観測すると重ね合わせ状態が崩壊するため、エラーの検出・訂正には間接的な方法が必要となる。さらに、従来の量子コンピュータでは量子ビット数の増加に伴いエラーも増加するという問題があり、大規模化の障壁となっていた。この問題は、Shorが1995年に量子誤り訂正理論を発表して以来、約30年間、量子コンピューティング分野の重要な研究課題となっている。
各社動向：産総研とインテル
産総研とインテルが次世代量子コンピューターを共同開発予定。インテルの最先端チップを使い、産総研の拠点で組み立て、企業が使用料を払って創薬や金融などのビジネスに活用。茨城県つくば市の産総研の量子研究センターとインテルが協力覚書を交わし、近く公表予定。
各社動向：IBM
・ IBM Quantum Heronプロセッサー
量子プロセッサーHeronは、規模、速度、精度において記録的なレベルを達成。特定の種類の量子回路（Millard-Kicked Ising量子回路）を最大5,000量子ゲート演算まで正確に実行可能。以前の約2倍の演算数で、従来のコンピューターによるシミュレーションを超える能力を実現。112時間かかっていた実験が2.2時間で完了するなど、処理速度と効率が劇的に向上。材料科学、化学、生命科学、高エネルギー物理学など、複雑な科学的問題への取り組みが可能に。
・世界最強の量子ソフトウェア：Qiskit
オープンソースのベンチマークツールBenchpressによる1,000以上のテストで、Qiskitは他のプラットフォームと比較して優れたパフォーマンスと信頼性。高度な量子リソースと古典スーパーコンピューティングリソースを組み合わせた新しいアルゴリズムの開発を促進。
各社動向：Alphabet（Googleの親会社）
グーグルの新しい量子チップ「ウィロー」は、スーパーコンピューターで10の25乗年かかる計算をわずか5分で完了。5年前の1万年かかるタスクを数分で処理していた性能から飛躍的な進歩。このアルゴリズム自体に実用的な用途はないが、量子コンピューターの能力を示す上で重要な数値。グーグルは2025年、従来のコンピューターでは解決できない現実世界での使用事例提供を目指す。量子コンピューターは莫大な可能性を秘めているが、現状では絶対零度に近い温度での動作など、実用化への課題も。ウィローによるエラー率の低下は、より大型の量子コンピューター構築への道を開く可能性がある。
量子誤り訂正が初めて提案されて以来、進歩を妨げてきた課題に対処するものだという。最終的には、このシステムをさらに改良し、新たなアルゴリズム技術やイノベーションを実装する作業を継続し、究極の目標であるフォールトトレラントな量子コンピューターにさらに近づく予定。Google Quantum AIの量子ハードウェア・ディレクターのJulian Kelly氏は、「エラー訂正は量子コンピュータの最終目標です。 Willowはスケーラブルなエラー訂正を念頭に置いて設計されています。 今回のデモのためだけでなく、これは未来につながる技術なのです」と報告。
各社動向：Origin Quantum
24年11月、中国の72量子ビット超伝導量子コンピューター「本源悟空」の計算時間が初めて海外に販売されました。これは中国の量子計算能力が国際的に認められたことを示す大きな一歩。「本源悟空」は運用開始以来、世界133の国と地域から27万件の量子計算タスクを処理し、アメリカ、ロシア、日本のユーザーからアクセス。中国国内でも多くの大学が「本源悟空」を利用しており、量子計算教育にも活用。開発元の本源量子計算科技（合肥）は、中国初の量子計算企業であり、中国で唯一の自主超伝導量子コンピューター製造ラインを持つなど、中国の量子コンピューター開発を牽引。
各社動向：QBTSとRGTI
量子コンピュータ市場は2032年には126億ドルへの成長が見込まれ、ウォール街ではD-Wave Quantum（QBTS）とRigetti Computing（RGTI）に注目が集まっている。
D-Waveは量子アニーリング技術で先行し、5,000キュービット超のAdvantageとクラウドプラットフォームLeapを提供、政府契約を中心に成長しているが、赤字経営は継続中。目標株価は9ドルで31%の上昇余地がある。
Rigettiは超伝導キュービット技術とQuantum Cloud Services（QCS）を展開。直近の業績は減収だが、損失は縮小。84キュービットのAnkaa-3発表を予定し、技術革新を進めている。目標株価は6.10ドル、最高12ドル。
量子コンピュータ関連株は市場の不確実性と技術進化の速さから変動しやすい。両社とも成長の可能性があるが赤字経営。市場全体の成長は期待できるものの、投資家は長期的な視点で技術と市場動向を見極める必要がある。
参考サイト：
ＳＦだった“量子コンピュータ”は、もう実現している。アルゴリズムで勝負する気鋭の研究者の現在地。基礎工学研究科・教授・藤井啓祐
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