量子コンピュータの規模を大きくするほど、悩みの種になるのは演算アルゴリズムだけではありません。量子ビットを制御する配線の数も、比例して膨れ上がっていきます。イオントラップ方式でこの「配線問題」に取り組んできた研究チームが、電極制御の多重化技術を、量子コンピュータの実運転に欠かせない低温環境で動作させることに成功しました。大規模化を阻む壁の一つに、着実な一手が加わっています。
キュエル株式会社、大阪大学量子情報・量子生命研究センター（QIQB）、東京大学の研究グループが、大規模なイオントラップ量子コンピュータの配線数増大という課題に対し、時分割多重化（TDM）方式による電圧制御システムを開発し、低温環境での動作を実装した。有力な大規模化方式であるQCCD方式では、量子ビット数の増加に伴い電極数と配線数が急速に増大する。研究グループは低温側にスイッチ回路を配置し、1つの電圧信号を時間的に切り替えて複数の電極へ分配することで、電圧生成回路やアナログ配線を複数の電極で共有できることを確認した。イオンを安定保持する緩やかな電圧制御と、輸送に必要な高速な電圧制御の両方で、低温環境でのTDM適用が確認された。本成果はApplied Physics Lettersに掲載された。
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大規模イオントラップ量子コンピュータに向けた省配線・低温電圧制御技術を実証
【編集部解説】
「配線」は、量子コンピュータのどの方式にもついて回る壁
量子コンピュータの性能を語るとき、話題になるのは量子ビットの数やエラー率であることが多いのですが、大規模化を実際に阻んでいるのは、もっと地味な要因であることが少なくありません。それが配線です。
量子ビット一つひとつを制御するには、専用の信号線が必要になります。室温に置かれた制御装置から、超高真空・低温の量子プロセッサまで、その信号線を引き込まなければなりません。量子ビットの数が増えれば増えるほど、信号線の数もほぼ比例して増えていき、装置の物理的な大きさや配線資源が、性能向上のボトルネックになってしまいます。この「配線のボトルネック」は、特に超伝導方式で厳しく指摘されてきましたが、程度の差はあれイオントラップ方式など他の低温アーキテクチャにも共通する課題です。
今回のキュエル・大阪大学QIQB・東京大学の研究グループが取り組んだのは、まさにこの壁です。時分割多重化（TDM）という、1つの電圧信号を時間的に切り替えて複数の電極へ配ることで、電極ごとに専用の配線を用意しなくて済むようにする技術を、低温環境で動かすところまで実装しました。
ほぼ同じタイミングで、超伝導方式でも同じ壁への挑戦が発表されていた
興味深いのは、この発表とほぼ同時期に、まったく異なる方式である超伝導量子コンピュータの陣営からも、同じ「配線のボトルネック」への対処法が発表されていたことです。
IBMは2026年8月中旬、複数の低温冷凍ユニットを連結させる「モジュラー式」の冷却アーキテクチャを発表しました。これは、超伝導量子ビットが必要とする10〜15ミリケルビンという極低温環境の中で、配線を敷設できる面積を従来のシステムの約12倍に広げるものです。IBMはこの技術を、2029年に予定するフォールトトレラント量子コンピュータ「Starling」への布石と位置づけています。
超伝導方式は、量子ビットの動作原理自体がイオントラップ方式とはまったく異なります。それでも「配線をどう集約するか」という工学的な課題では、期せずして同じ壁にぶつかり、ほぼ同じタイミングで、それぞれ異なる解決策（IBMは冷凍機自体を大型化・分割し、今回の研究グループは信号を時分割で共有する）を世に出したことになります。アーキテクチャの選択とは独立に存在する、量子コンピュータ工学全体の共通課題が今、同時多発的に解かれつつあるという見方ができそうです。
「実現できるか」から「どう効率よくスケールさせるか」へ、局面は静かに移っている
量子コンピュータをめぐる話題は、少し前まで「本当に実用化できるのか」という根本的な実現可能性への問いが中心だったような印象があります。それが気づけば、大規模化をどう効率よく進めるかという工学的な競争の話題に、いつのまにか主役が移っている——編集部にはそう感じられます。
IBMは2026年7月、Nighthawkプロセッサと誤り抑制ソフトウェアを組み合わせ、スーパーコンピュータ「富岳」を含む古典計算機では完了できない物理シミュレーションを解いたとして、量子アドバンテージ（量子優位性）を実証したと発表しました。「古典を超えられるか」という問いへの一つの回答が出たすぐそばで、話題はすでに「どう効率よく大規模化するか」という次のフェーズに移っているように見えます。今回のTDM技術の発表も、そうした流れの中の一手として位置づけられそうです。
まだ勝者は決まっていない――方式ごとの現在地
もっとも、「どのアーキテクチャが最も効率的な大規模化構造にたどり着くか」については、現時点で明確な答えは出ていません。方式ごとに一長一短があり、指標によって強みが入れ替わります。
ある研究者グループは論文で「トラップイオン、中性原子、超伝導量子ビット、光量子ビットのどれが優位に立つか、明確な答えは出ていない。今なお決着のついていないレースだ」と評しています。
この技術は何を証明し、何をまだ証明していないか
今回の発表を、2025年12月の第一報と比べると位置づけがはっきりします。当時の研究グループは、10チャネルの制御システムを開発し、表面電極型トラップで⁴⁰Ca⁺イオンの捕獲・輸送にTDM方式で世界初めて成功したと発表していました。今回はその技術を、実機での運用に不可欠な低温環境下で動作させ、査読付き学術誌Applied Physics Lettersに掲載するところまで進めたという意味で、実験室レベルの実証から、方式としての妥当性検証へと一段階進んだ成果だと言えます。
【関連記事】
キュエルの制御装置は、すでに大阪大学の純国産量子コンピュータでも稼働しています。
IBMの大規模化ロードマップの全体像は、こちらの記事で詳しく解説しています。
【編集部後記】
どの方式が量子コンピュータの「勝者」になるのか、正直なところ私たちにもまだ見えていません。超伝導もイオントラップも中性原子も、それぞれのやり方で「配線」という地味な壁に向き合っています。派手な量子ビット数の競争の裏側で、こうした地道な工学がどれだけ積み重なっているか。次に量子コンピュータのニュースを見かけたときは、そんな視点も覗いてみませんか。
【用語解説】
イオントラップ
電場を用いて原子イオンを真空中に捕獲する装置。量子コンピュータでは、捕獲したイオン1個を量子ビットとして利用する。
時分割多重化（TDM：Time-Division Multiplexing）
複数の信号を時間領域で分割し、単一の経路で順番に伝送・処理する技術。1本の配線・1つの電圧生成回路を複数の電極で共有できるようにする。
QCCD方式（Quantum Charge-Coupled Device方式）
イオンを量子ビットとして用い、量子演算や測定などの機能を持つ複数の領域の間でイオンを移動させながら量子計算を進める方式。大規模イオントラップ量子コンピュータの有力なアーキテクチャの一つ。
量子アドバンテージ（量子優位性）
量子コンピュータが特定の問題において、あらゆる古典コンピュータよりも高速・高精度に解を導ける状態。
ゲート忠実度（フィデリティ）
量子演算（ゲート操作）が理想的な操作にどれだけ近いかを示す指標。1（100%）に近いほど誤りが少ない。
【参考リンク】
キュエル株式会社（QuEL, Inc.）（外部）
今回の研究を主導した量子コンピュータ制御装置の専業メーカー。大阪大学発スタートアップ。
キュエル株式会社 論文出版のお知らせ（本件公式発表）（外部）
同社自身による今回の論文出版の告知ページ。論文情報・問い合わせ先を掲載。
大阪大学 量子情報・量子生命研究センター（QIQB）（外部）
本研究の共同実施主体。量子コンピューティングから量子生命科学まで幅広く研究する学際センター。
論文（arXiv版・無料公開）（外部）
今回の成果の詳細版プレプリント。AIP版は有料のため、無料で読める版として提示。
論文（Applied Physics Letters・出版版）（外部）
査読を経て正式掲載された版。
【参考記事】
IBM Quantum Starling Gets Its First Real Hardware: Two Cold Modules Now Linked — TechTimes（外部）
IBMが2026年8月に発表したモジュラー式冷凍アーキテクチャの詳細と、同年7月の量子アドバンテージ実証について報じる記事。編集部解説で使用した「配線面積12倍」等の数値の出典。
IBM Makes Quantum Cryogenics Modular, but Scaling Problems Remain — EE Times（外部）
IBMのモジュラー冷凍機とStarling（2029年目標）の位置づけ、L-couplerによるモジュール間接続の課題を技術的に分析。
Top Superconducting Quantum Computing Companies: Complete 2026 Guide — Quantum Zeitgeist（外部）
超伝導方式各社の量子ビット数比較。IBM Condorの約1,121物理量子ビットという数値の出典。
Top Quantum Hardware Companies 2026: The Definitive Guide By Modality — Quantum Zeitgeist（外部）
超伝導・イオントラップ・中性原子など方式別の比較表。「どの方式も全指標でリードしていない」という評価の出典。
Top Trapped-Ion Quantum Computing Companies in 2026 — The Quantum Insider（外部）
イオントラップ方式のゲート忠実度・量子ビット規模の現在地を整理した記事。
Future of Quantum Computing — arXiv（外部）
「アーキテクチャ間の優劣はまだ決着していない」という評価を含む、量子コンピューティングの現状分析論文。
