IBMの量子コンピューターが19秒で完了、スーパーコンピューターなら1世紀かかるタスク

Physics 2026年9月29日、Michelle Starr

IBM の超伝導量子プロセッサーを極低温に保つ希釈冷凍機の内部は金色をしている。(Graham Carlow for IBM/Flickr, CC BY ND-2.0)

計算の中には、桁外れの計算能力を持つ設備でなければ動かすことすらかなわないものがある。それがスーパーコンピューターだ。広大な機械室がうなりを上げ、GPU と CPU が肥大した躯体を支え、デスクトップ機なら数百年から数千年かかるアプリケーションを平らげていく。

市販されている量子コンピューターが、この新しい技術がいつかスーパーコンピューターをはるかに置き去りにする可能性を示す離れ業を、いま成し遂げた。

IBM の Nighthawk r2 プロセッサーは、100万個のサンプルをわずか19秒で生成した。同じ処理をスーパーコンピューターで行えば約110年かかると見積もられている。

実験結果は、現在 arXiv に掲載されているプレプリントにまとめられている。

「我々の知る限り」と、筆頭著者で米国 BlueQubit の理論凝縮系物理学者 Tigran Sedrakyan と同僚は記している。「市販され広く入手可能な量子プロセッサー上で、通常のランダム回路サンプリングにおける量子優位性を示したのはこれが初めてであり、専門家でない量子コンピューター利用者の大半が容易に再現できるものである」

Nighthawk r2。IBM の現行量子プロセッサー。(IBM)

量子優位性をめぐる争いは、スーパーコンピューターと量子コンピューターの軍拡競争であり、本格的に火が付いたのは2018年だった。

基本的な命題はこうだ。古典コンピューターで実行するのが絶望的なほど難しい——あるいはそもそも不可能な——量子計算が必ず存在する。

2018年、UC Berkeley の研究者たちは、最も有望な候補の一つがその条件を満たすという強い理論的証拠を示した。ランダム回路サンプリング、すなわち RCS である。

量子回路とは、量子ビットに対して行う一連の操作であり、従来のコンピューターでビットに対して行う操作とおおむね対応する。

RCS では、こうした操作はほぼランダムに選ばれ、それによって次第に複雑になる量子状態が作られる。プロセッサーはその状態を繰り返し測定し、1と0の並び——「サンプル」——を生成する。

サンプルの生成自体は単純だが、量子ビットの数と操作の数が増えるにつれ、同じ結果を古典コンピューター上で再現するために必要な確率分布の計算は終わりの見えないものになる。

2019年、Google は53量子ビットの Sycamore プロセッサーによる RCS 実験を大々的に発表し、古典スーパーコンピューターの実際の能力の範囲を超えたと主張した。

だがすぐに、古典計算の研究者たちは従来型コンピューターでこの結果を再現する独創的な方法を探し始め、量子側の研究者も最先端の技術を使ってシステムをますます極端な規模へと押し上げていった。

今回の新しい結果は、そうした話とは別物である。

Sedrakyan と同僚は、専用の実験用量子プロセッサーではなく、Nighthawk r2 で実験を走らせた。120量子ビットの超伝導量子プロセッサーで、IBM のクラウドプラットフォームを通じて商用利用できる。

彼らはそのうち61量子ビットを選び、複雑さが増していくランダム回路に通した。最大40サイクル——この61量子ビットが操作されもつれ合う、操作の繰り返し単位である。

さらに重要なのは、プラットフォームの標準的なクラウドワークフローを使ったことだ。実験のために特別な較正は一切していない。

彼らは36サイクル目に「スイートスポット」を見つけた。このとき回路には918個の2量子ビットゲートが含まれる。この条件で、Nighthawk r2 は100万個のサンプルをわずか19秒で生成した。

意外なことに、楽なのはここから先である。

この処理が古典コンピューターにとってどれほど難しいかを評価するほうが、はるかに難しい。

スーパーコンピューターでこの処理をこなすのはほぼ不可能であり、世界最速級のスーパーコンピューターは奪い合いの状態にある。だから科学者は、プログラムを放り込んで結果を見る、というわけにはいかない。

幸い、使える道具が一つある。テンソルネットワーク収縮だ。古典コンピューター上で量子回路のシミュレーションにかかる計算コストを見積もる手法である。

Sedrakyan と同僚はこれを使って、彼らの100万サンプルを再現するには約1.2 × 10²⁷回の計算操作が必要だと算出した。

Frontier は世界初のエクサスケール・スーパーコンピューターで、2024年まで最速だった。ピーク性能は毎秒1 × 10¹⁸回を超える。研究者たちはより控えめな持続性能の推定値を用いて、今回の Nighthawk r2 の成果がおよそ110年分の計算時間に相当すると結論づけた。

重要な但し書きがいくつかある。110年というのは古典コンピューターの速度限界ではなく、量子実験を再現するある一つの方法に基づく推定値にすぎない。

そして歴史が示しているとおり、古典計算の研究者は近道を見つけるのが非常にうまい。より効率的なアルゴリズムは、必要な作業量を大幅に削減しうる。

Sedrakyan と同僚はその可能性を明言している。彼らの主張は「古典コンピュータは Nighthawk r2 の性能に永遠に匹敵し得ない」ということではなく、このベンチマークで測る限り量子プロセッサがすでに明確に先行している、というものだ。

量子優位性をめぐる軍拡競争に、また一つ挑戦状が叩きつけられた。ただしそれは勝ち負けを競うためではなく、同業者同士の競い合いであり、最終的には双方がより優れた計算手法を見つけることにつながる。

実際、今回の成果そのものがこの競い合いの進行を示している。量子優位性は特注の実験装置で達成されたのではなく、商業的に入手可能なハードウェア上で達成されたのだ。

研究者らは強調する。実験は「クラウド経由でアクセスできる公開量子プロセッサ」上で、標準的なクラウド実行スタックを用いて行われた。回路、サンプリングデータ、解析コードも公開されており、誰でも結果を自分で検証できる。

挑戦状は突きつけられた。受けて立つのは誰か。

この発見はまだ査読を経ていないが、プレプリントは arXiv で公開されている。

この記事は Rebecca Dyer がファクトチェックし、Rebecca Dyer が編集した。私たちは自らのプロセスに誇りを持っているが、所詮は人間だ。誤りを見つけたら知らせてほしい。