光ベースのプラットフォームが量子スーパーコンピュータの基盤を築く

February, 12, 2026, Stanford--スタンフォード大学で開発された新しい「パラレルインタフェース」は、量子コンピュータから迅速なデータ抽出を可能にし、ネットワーク化された量子スーパーコンピュータへの拡張可能性を秘めている。

量子コンピュータの開発を目指す長い追求の中で、トンネルの先に光が現れた。量子コンピュータは、数千年先の複雑な計算に必要な時間を数時間にまで劇的に短縮すると期待されている。

スタンフォード大学の物理学者が率いるチームは、単一の原子から光の基本粒子である単一光子を効率的に収集できる新しいタイプの「光学キャビティ」を開発した。これらの原子は「qubits」と呼ばれる通常のコンピュータの0と1のビットの量子版を格納することで、量子コンピュータの構成要素として機能する。この研究により、初めてすべてのqubitsに対してそのプロセスが同時に可能になった。

Nature誌に掲載された研究では、研究チームは40個のキャビティに40個の個別原子qubitsを含む配列と、500以上のキャビットを持つプロトタイプを記述している。この発見は、最終的に百万qubitsの量子コンピュータネットワークを構築する方法を示している。

「量子コンピュータを作りたいなら、量子ビットから情報を非常に速く読み取る必要がある」とJon Simonは言う。同氏は，この研究論文の上席著者でスタンフォード大学人文科学部のJoan Reinhart教授である。「これまで、原子は光を十分に速く放出できず、さらに光をあらゆる方向に放つため、大規模にそれを実用的に行う方法がなかった。光キャビティは放射された光を特定の方向に効率的に誘導でき、今では各原子をそれぞれのキャビティ内で量子コンピュータに搭載する方法を見つけた」。

光キャビティは、2つ以上の反射面が光を行き来させることで形成される。これらの光キャビティは、はるかに小さく、レーザビームの多くの反射を利用して原子から追加の視覚情報を得ることができる。研究者たちは何十年も光キャビティを使った実験を続けており、十分な光を得て、微小でほぼ半透明の原子と相互作用するほどの反射を得ようとしてきた。

Simon研究室が率いる研究チームは異なるアプローチを取り、各キャビティ内にマイクロレンズを用いて光をより一つの原子により強く集中させた。これにより光の跳ね返りは少なくなるが、原子から量子情報を得るのには一層効果的である。

「私たちは新しいタイプのキャビティアーキテクチャを開発した。もはや単なる二つの鏡ではない」と、スタンフォード大学の科学フェロー、この研究の第一著者、ポスドクのAdam Shawは話している。「これにより、はるかに高速で分散型の量子コンピュータを構築し、はるかに高速なデータレートで通信できると見ている。」

バイナリを超えて
従来のコンピュータが情報のビットを表すために0と1の連続を使うのに対し、量子コンピュータは小さな粒子の量子状態に依存している。これらのqubitsトは0でも1でも、両方の組み合わせでもよい。これにより、量子コンピュータは従来のバイナリモデルよりもはるかに速く複雑な計算を完了できる。

「古典的なコンピュータは、正しい答えを探して一つずつ可能性を試さなければならない。しかし量子コンピュータはノイズキャンセリングヘッドホンのように、答えの組み合わせを比較し、正しい答えを増幅し、間違った答えを遮断する役割を果たす」(Simon)。

研究者たちは、量子コンピュータが従来のスーパーコンピュータを上回るには数百万の量子ビットが必要だと推定している。Simonによると、その数に達するには、多くの量子コンピュータをネットワーク化する必要がある。この研究でキャビティを用いて並列インタフェースを作成するという成果は、これらの大規模へのスケーリングに非常に効率的なプラットフォームを提供する。

チームはこの論文で原子を含む40キャビティアレイを実証し、500以上の概念実証アレイを用意した。研究チームは数万個を目指している。将来を見据え、個々の量子コンピュータがキャビティアレイからなるネットワークインタフェースを持つ量子データセンタを想像し、量子スーパーコンピュータへの大規模統合を可能にする。

その目標を達成するには大きなエンジニアリング課題を解決する必要があるが、研究チームによると、可能性は存在し、それに伴う量子コンピューティングの約束も含まれている。これは、創薬に使われる材料設計や化学合成、さらには暗号解読の分野で大きな進歩を意味する可能性がある。より広くは、キャビティアレイの光収集能力はバイオセンシングや顕微鏡に大きな期待をもたらし、医療や生物学的研究を前進させる可能性がある。量子ネットワークは、太陽系外の惑星を直接観測できる高解像度の光学望遠鏡を可能にすることで、宇宙の理解を深める助けにもなる。

「光を単一粒子レベルで操作する方法を理解すれば、われわれの世界を見る能力が変わると考えられる」とShawはコメントしている。