Published: 2025-03-19 11:12

量子テレポーテーションの成功で見えたコンピューターの新時代

量子コンピューターはとてつもない可能性を秘めているが、そこにはスケーラビリティ［編註: 量子ビットの安定的な増量や制御、エラー訂正能力の向上性など］をめぐる問題も立ちはだかっている。現時点で実質的に機能させるためには、複数の量子プロセッサーを1カ所に集めなければならないが、そうすることでプロセッサーの処理能力は向上するものの、サイズも大きくなるため実用性が下がって扱いも難しくなるのだ。

この問題について科学者たちは、まるでSFのようにも聞こえる解決策を模索している。離れた位置にあるコア同士を、「量子テレポーテーション」によって接続し、さらに高性能のマシンを生み出すというのだ。

そんな情報伝達を可能にする道がいま、拓かれようとしている。先日、オックスフォード大学の科学者チームが世界で初めて、2つの量子プロセッサー間で「ワイヤレスによる」量子アルゴリズムの送信を実現したのだ。2つの小さなコアはその独自の性質を活かし、双方の能力を組み合わせて超高性能のコンピューターを形成し、1つのコア単独では答えられない問題を解いた。

大学院生のドゥーガル・メインを中心とするこの研究チームは、離れたシステム同士を連携させ、量子もつれという量子力学上の現象を利用して論理ゲートを共有させることに成功した。量子もつれの状態にある一対の粒子は、離れていても相関関係にあるため同じ情報を伝送できる。一方の状態が変わると、もう一方の側でそれが瞬間的に反映されるからだ。

この科学者チームは、量子もつれを利用して、ほぼ瞬時にコンピューター間で基本的な情報を送信した。この原理に基づいてデータが長距離を移動するとき、「量子テレポーテーション」が起こるといえる。ただし、従来のいわゆるテレポーテーションの概念ではない。空間で物質が瞬間的に移動するという仮説とは違う。今回の実験で、光子（フォトン）は同じ位置にとどまっていたが、量子もつれの状態にあるため、コンピューターは相互の情報を「認識」し、並行処理を実行できたのだ。

チームが『Nature』で発表した研究論文によると、アルゴリズムの量子テレポーテーションは、2m離れたモジュール間で2つのフォトンによって実現した。情報の忠実度は86％を記録している。分散量子コンピューティングのこの構造は、大規模なテクノロジーと量子インターネットにつながる現実的な道筋として十分な成果を残したといえる。

コンピューター環境における量子テレポーテーションはこれまでにも確認されていたが、それはシステム間の量子状態の転送に限られていた。オックスフォード大学の実験が画期的なのは、量子テレポーテーションを利用して、離れたコア間の相互作用をつくり出した点にある。「今回のブレイクスルーでわれわれは事実上、複数の量子プロセッサーを『つなぎ合わせ』て、完全に統合されたひとつの量子コンピューターを実現できることになります」と、メインは説明している。