ダイヤモンドで量子コンピュータ技術が進化　富士通がエラー確率0.1％未満を達成

2025年3月24日、富士通はダイヤモンドスピン方式の量子コンピュータ技術において、量子ゲート操作時のエラー確率を0.1％未満に抑える高精度を実現したことを発表した。
オランダのデルフト工科大学およびその量子技術研究機関QuTechとの共同研究により達成されたもので、誤り訂正技術の確立に向けた重要なステップとなる。

ダイヤモンドスピン方式の利点

「ダイヤモンドスピン方式」は、量子コンピュータにおける量子ビットの安定性と高精度を両立する新たなアプローチだ。
この方式では、ダイヤモンド内の炭素原子を窒素原子に置き換えることで生じる「NVセンター（※）」と呼ばれる構造を利用し、電子スピンと隣接する窒素原子核のスピンを量子ビットとして動作させる。

本研究では、人工ダイヤモンドの純度を高めることで外部ノイズを抑え、量子ゲート操作の際のエラー確率を0.1％未満に低減することに成功した。
量子コンピュータの計算において誤り訂正は不可欠であり、エラー確率の低下は計算精度の向上に直結する。特に、誤り訂正を前提とした大規模な量子計算を行う場合、エラー確率が一定以下でなければ実用化は困難となる。
この点において、今回の成果は量子コンピュータの実用化に向けた大きな進展と言える。

さらに、ダイヤモンドスピン方式の大きな利点は冷却条件の緩和にある。
現在主流の超電導方式では、量子ビットを安定させるために絶対零度に近い極低温環境が必要とされるが、ダイヤモンドスピン方式では数ケルビン程度の冷却で十分だ。これにより、大規模な冷凍設備を必要とせず、システムの小型化やコスト削減が期待できる。

実用化に向けた課題と今後の展望

富士通研究所の佐藤信太郎所長は、「この結果は、ダイヤモンドスピン方式の可能性を示す重要な一歩であり、今後はプロトタイプ機の開発を進める」とコメントした。
また、本研究の成果は、3月21日付で米国物理学会の学術誌「Physical Review Applied」に掲載され、学術界でも大きな関心を集めている。

富士通が次に取り組むべき課題は、スケールアップと誤り訂正技術のさらなる向上である。
現在、エラー確率は低減されているものの、実際の大規模計算に耐えうるかどうかの検証が必要だ。特に量子ビットの数を増やしつつ、同様のエラー率を維持できるかが焦点となるだろう。

さらに、富士通とデルフト工科大学の共同研究が今後も続くことで国際的な評価が高まり、他の研究機関や企業との協力関係が広がる可能性がある。特に、欧州の量子コンピュータ研究機関との連携が進めば、研究開発のスピードが加速するかもしれない。

現時点では、ダイヤモンドスピン方式が主流技術となるかは未知数だが、少なくとも量子コンピュータ技術の多様化に貢献することは間違いない。今後の研究成果次第で、次世代の計算基盤としての地位を確立できるかが問われることになるだろう。

※　NVセンター：ダイヤモンド内の炭素原子が窒素原子に置き換わることで生じる構造のこと。ここに捕獲された電子のスピンを操作することで量子情報を処理できる。安定性が高く、長寿命な量子ビットとして注目されている。