19秒と110年の差――クラウドで「誰でも再現できる」量子優位性の条件

2026年9月23日付の査読前プレプリントで、BlueQubitのTigran Sedrakyan氏らの研究チームは、IBMの120量子ビット超伝導プロセッサ「Nighthawk r2」を用いたランダム回路サンプリングで量子優位性を実証したと報告した。100万サンプルの生成に要した時間は19秒。スーパーコンピュータ「Frontier」での再現には100年以上かかると推定される。本記事では、主張を支える測定方法とコスト推定の枠組み、そして「商用クラウドで再現できる」という条件の意味を整理する。

ランダム回路サンプリングが再び主役になった理由

量子優位性（quantum advantage）の争点はシンプルです。「古典コンピュータには実行困難だが、量子コンピュータには実行可能な計算タスク」を実際に示せるか。この問いに対し2018年、カリフォルニア大学バークレー校の研究チームが、ランダム回路サンプリング（RCS）というタスクが理論的にその候補になり得ることを強く示唆しました（Nature Physics掲載論文）。

RCSでは、量子ビットに対してほぼランダムに選ばれた操作列を適用し、得られた量子状態を繰り返し測定します。0と1の並びである「サンプル」を生成するのは量子プロセッサにとって容易ですが、同じ結果を古典計算で再現するには確率分布そのものを計算する必要があり、量子ビット数と回路の深さとともに計算量が爆発的に増えます。

2019年、Googleは53量子ビットのSycamoreで、このタスクをめぐる量子優位性を主張しました。ただしその後、古典計算の側で創意工夫による高速化が続き、主張の射程は絶えず修正されてきました。この経緯は、後述の注意点にも関わります。

61量子ビット・36サイクル、特別な較正なしで走った実験

今回のプレプリント（arXiv:2609.28657）で報告された実験の中身を整理します。用いられたのは、IBMの量子クラウド平台上で稼働する120量子ビットの超伝導プロセッサ「Nighthawk r2」（システム名ibm_phoenix）です。研究チームはこのうち61量子ビットを選び、ネイティブなCZゲートで構成されたランダム回路を深さ4〜40サイクルの範囲で実行しました。

重要なのは条件です。実験はプラットフォーム標準のクラウド実行スタックをそのまま使い、ベンチマーク用の特別な較正は行っていません。つまり「実験室専用に調整された特別な構成」ではなく、「一般のクラウドユーザーが同じ手順で触れる構成」での結果ということになります。

主張の土台は2系統の独立した忠実度推定です。1つはミラーベンチマーキング（4〜40サイクル）、もう1つは3パッチ・4パッチのクロスエントロピーベンチマーキング（XEB、20〜40サイクル）。両者は測定したすべての深さで互いに一致し、忠実度の減衰が2桁以上に及ぶ範囲でも破綻しなかったと報告されています。同じ深さでの性能は、初代Nighthawk r1を1桁以上上回るとされます。

コストと性能のバランスが最良になる36サイクルの設定では、918個の2量子ビットゲートを含む回路から100万サンプルを生成するのに19秒を要しました。ここまでは事実としての報告です。

「110年」という数字はどう作られたのか

19秒に対する「約110年」という古典側の数字は、測定ではなく推定です。この違いを理解することが本件の核心になります。

研究チームは、テンソルネットワーク収縮と呼ばれる手法で古典シミュレーションの計算コストを見積もりました。推定器はGoogle Sycamoreと中国のZuchongzhiの公開済み回路データに対して検証済みで、36サイクル回路の単一振幅の計算には約10²²回の複素演算が必要とされました。さらに忠実度F_XEB(36)=2.3×10⁻³という測定値と、有利なメモリ前提を置いた棄却サンプリングのモデルを組み合わせると、100万サンプル相当を集めるのに必要な機械演算は1.2×10²⁷回。エクサ級スーパーコンピュータFrontierの持続性能の保守的な見積もりに換算すると100年以上になる、という論理です。

つまり「110年」は、特定の手法と前提に基づく再現コストの推定値であり、古典計算の物理的限界ではありません。論文自身も、より効率的な古典アルゴリズムが現れれば必要演算量が劇的に減る可能性を明示的に認めています。2019年のSycamoreの例でも、古典側のアルゴリズム改良が主張の射程を縮めてきました。この点は見出しだけでは伝わりにくいものの、主張の正確な範囲を知る上で欠かせません。

25倍のスループットが「再現可能性」を支える

19秒という実行時間を可能にしたハードウェア側の変化も押さえておく必要があります。IBMは2026年8月31日付の公式ブログでNighthawk r2を解説しています（IBM Quantum Computing Blog）。それによると、同プロセッサは120個のプログラマブル量子ビット、218個のカプラ、120個のリセット素子の計458個の物理素子で構成され、独立した高速量子ビットリセットにより毎秒10万回路以上の実行スループットを実現したと発表しています。これは従来のHeron比で25倍に当たり、量子ビットの初期化誤差も約25分の1に低減したとしています。あくまで企業側の主張であり、独立検証とは区別して捉えるべきです。

100万サンプルを19秒で集めるには、回路実行とリセットのサイクルを高速に回す必要があります。RCSではサンプル数が統計的精度に直結するため、このスループット向上が「優位性の主張が成立する深度」を物理的に引き上げる要因になったと考えられます。同ブログはさらに、7,500ゲート超の回路で正確な観測量推定を達成したことを、2026年のロードマップマイルストーンとして挙げています。

動くゴールポストと、動かない争点

この結果の位置づけを考えます。まず確定しているのは、「商用クラウドで広くアクセス可能なプロセッサ上で、標準ワークフローによる『素の』RCSの量子優位性が示された報告は、著者らの知る限り初めて」という点です。特別な実験設備ではなく、アカウントを持つ非専門ユーザーでも同じ条件を再現できる――これが今回の報告の新しい部分です。

一方で、RCSそのものには実用タスクとしての直接的な価値がありません。優位性の実証は「計算能力の地図」の更新であって、実用計算の到達ではありません。さらに量子優位性のゴールポストは、過去に何度も古典側の工夫で動いてきました。今後この36サイクル回路に対する古典アルゴリズムの改良が進めば、「110年」は再び短くなる可能性があります。

それでも、検証可能な形で主張が公開されたことの意味は小さくありません。回路データ、推定手法、SycamoreやZuchongzhiに対する検証という形で、古典側からの反証の材料が最初から揃っています。査読前のプレプリントであり、専門家による検証を終えるまでは結果は暫定的なものです。ただ、量子と古典の攻防が続く限り、この種の再現可能な実証の積み重ねが、分野の進展を測る物差しであり続けるでしょう。