南カリフォルニア大学とQuantum ElementsがIBM Heronチップで表面コードのスケーリングを実証、汎用ハードウェアでエラー保護を前進

2026年9月20日2026年9月21日

Quantum Zeitgeist アメリカ

概要

南カリフォルニア大学とQuantum Elementsの研究者らが、IBM Heron量子プロセッサ上で表面コードを用いた量子誤り保護の顕著な改善を実証した。この研究は、表面コード専用に設計されていない汎用ハードウェア上でも、論理量子ビットが閾値以下の性能を達成できることを示している。Quantum Elementsが開発したQiskit Function「Orbit」によるアイドル時間ノイズ抑制と方向性のある閾値以下のスケーリングが成功の鍵となった。この成果は、既存の量子ハードウェアの能力を最大限に引き出し、フォールトトレラント量子コンピュータ実現に向けた重要なマイルストーンとなる。

詳細

主要成果

南カリフォルニア大学（USC）と量子ソフトウェア開発企業Quantum Elementsの研究者チームは、IBMの最新世代量子プロセッサであるHeronチップ上で、表面コードを用いた量子誤り保護のスケーリングにおいて画期的な進歩を達成しました。この成果は、表面コード向けに特別に最適化されていない既存のハードウェア上でも、論理量子ビットがエラー保護の閾値以下の性能を達成できることを実験的に示しており、フォールトトレラント量子コンピューティングの実用化に向けた重要な一歩となります。

技術・臨床詳細

表面コードは、量子誤り訂正（QEC）を実現するための最も有望な手法の一つであり、物理量子ビットのエラーを多数決方式で訂正することで、論理量子ビットの情報を保護します。しかし、これを現実の量子ハードウェア上で効率的にスケーリングすることは、特にノイズの多い環境下で大きな課題でした。

本研究では、以下の技術的進展が成功の鍵となりました。

IBM Heron量子プロセッサ: IBMのHeronチップは、優れた連結性と低ノイズ特性を持つ最新の超伝導量子ビットアーキテクチャですが、表面コードのために特別に設計されたものではありません。研究チームは、この汎用性の高いプラットフォームで表面コードを実装する新たなアプローチを開発しました。
Qiskit Function「Orbit」によるノイズ抑制: Quantum Elementsが開発したQiskit Function「Orbit」は、量子プロセッサのアイドル時間（量子ビットがゲート操作を受けていない時間）に発生するノイズを効果的に抑制する機能を持っています。量子ビットがアイドル状態にある時間は量子計算全体の大部分を占めるため、このノイズ抑制は論理量子ビットのコヒーレンス時間を大幅に改善し、エラー耐性を高める上で極めて重要です。
方向性のある閾値以下のスケーリング: 研究チームは、表面コードを特定の方向に沿ってスケーリングすることで、物理量子ビットのエラー率が表面コードの閾値を超える場合でも、論理量子ビットのエラー率を低減できることを示しました。これは、既存のノイズの多い量子ハードウェア環境においても、誤り訂正による性能向上が可能であることを意味します。

この研究成果は「Nature Communications」に掲載され、既存のハードウェアを最大限に活用し、エラー保護技術を実証する新たな道筋を提示しました。

背景・業界文脈

量子コンピューティング分野は現在、「NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）」時代にあり、量子ビット数は増えつつあるものの、ノイズとエラーがその性能を大きく制限しています。フォールトトレラント量子コンピューティング（FTQC）の実現には、高忠実度の量子ゲートと効率的な量子誤り訂正が不可欠ですが、そのための専用ハードウェアの開発は時間とコストがかかります。今回の研究は、汎用的な量子ハードウェア上で誤り訂正を実証し、その性能を向上させる方法を示すことで、FTQCへの移行を加速する可能性を秘めています。ソフトウェアによるノイズ抑制や最適化技術は、ハードウェアの進化と並行して、量子コンピューティングの実用化を推進する上でますます重要になっています。

今後の展望

USCとQuantum Elementsによるこのブレークスルーは、表面コードのような先進的な誤り訂正コードを既存の量子コンピュータ上でより効果的に実装するための実用的なアプローチを提供します。今後、Qiskit Function「Orbit」のようなソフトウェアツールがさらに改良され、より多くの量子プラットフォームに適用されることで、論理量子ビットの性能は飛躍的に向上する可能性があります。これにより、大規模なフォールトトレラント量子コンピュータの開発が加速され、創薬、材料科学、金融モデリングといった分野での革新的な応用が現実味を帯びてくるでしょう。本成果は、量子ハードウェアとソフトウェアの協調的な進化が、量子コンピューティングの未来を切り拓く上でいかに重要であるかを明確に示しています。

元記事: https://quantumzeitgeist.com/quantum-elements-surface-code-ibm-heron/

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