この記事で分かること
- 超伝導量子コンピュータとは：超伝導回路を極低温に冷却し、量子力学の「重ね合わせ」や「もつれ」を利用して計算する装置です。従来のビットに代わり「量子ビット」を用いることで、特定分野の難問を圧倒的な速さで解くことが期待されています。
- 叡-IIの特徴：144量子ビットのチップを搭載した国産機で、スパコンでも模倣困難な計算領域に到達しています。初号機との2台体制により、メンテナンス中も止まらない安定したクラウド運用を実現している点が大きな強みです。
- 期待されるシミュレーション：分子レベルの精密な挙動再現が可能で、次世代電池材料（LiFSI等）や新触媒の開発、創薬に役立ちます。また、金融の資産運用や物流ルートの最適化など、膨大な組み合わせから正解を探す計算にも活用されます。
理化学研究所の叡-II運用開始
理化学研究所（理研）と大阪大学は、2026年3月26日に新型の国産超伝導量子コンピューター「叡-II（エイツー）」のクラウド運用を開始しました。
https://www.nikkei.com/article/DGXZQOSG265T80W6A320C2000000/
今回の運用開始により、日本国内における量子コンピューティングの実用化に向けた研究が一段と加速することが期待されています。
叡-IIとは何か
理化学研究所（理研）と大阪大学が2026年3月に公開した「叡-II（エイツー）」は、日本の量子コンピュータ開発における大きな転換点となる機体です。
その主な特徴は、単なる規模の拡大に留まらず、実用性と安定性を重視した設計にあります。
1. 144量子ビットへの規模拡大
最大の特徴は、初号機「叡」の64量子ビットを大幅に上回る144量子ビットの超伝導チップを搭載した点です。
量子ビット数が増えるほど計算可能な組み合わせは指数関数的に増加します。144という数字は、現在のスーパーコンピュータ（古典コンピュータ）でさえ模倣（シミュレーション）が極めて困難な領域に足を踏み入れたことを意味しており、国産機として世界トップクラスの計算能力を確保しました。
2. 回路設計と配線技術の高度化
ビット数が増えると、制御用の配線が複雑になり、熱やノイズの影響を受けやすくなります。「叡-II」では、集積回路のレイアウトを最適化し、外部からの干渉を抑える高度なパッケージング技術が導入されました。
これにより、多数の量子ビットを同時に安定して動作させる、いわゆる「スケーラビリティ（拡張性）」の課題をクリアしています。
3. ハイブリッド計算と安定運用
「叡-II」は、単体で動作するだけでなく、スパコン等の古典コンピュータと連携する「量子・AIハイブリッド計算プラットフォーム」の中核として位置づけられています。
また、初号機との2台体制を構築したことで、一方がメンテナンス中でも研究者が計算を継続できる「止まらない運用」を実現しました。
4. 産業応用への期待
この機体はクラウドを通じて外部に公開されており、材料科学（新素材・触媒開発）、金融、物流最適化、創薬などの分野で、実用的なアルゴリズムを検証するための「実験場」としての役割が期待されています。
特に半導体や化学材料の開発における、分子レベルの複雑なシミュレーションでの活用が進められています。
144量子ビットの超伝導チップを搭載した国産量子コンピュータの2号機です。初号機から規模を倍増させ、スパコンでも模倣困難な計算領域に到達。2台体制による安定したクラウド運用で、材料開発等の実用化を加速します。
超伝導量子コンピュータのとは何か
超伝導量子コンピュータとは、極低温で電気抵抗がゼロになる「超伝導現象」を利用して、量子力学の原理に基づく計算を行うコンピュータのことです。
従来のコンピュータ（古典コンピュータ）が「0か1」のビットで処理するのに対し、量子コンピュータは「0であり1でもある」という量子重ね合わせと、複数の粒子が連動する量子もつれという特性を利用した「量子ビット（qubit）」で計算を行います。
1. 仕組みと構造
超伝導回路を用いた方式では、アルミなどの金属を絶対零度（マイナス273.15度）に近い極低温まで冷却し、そこに微細な電気回路を作ります。
この回路にマイクロ波を照射して制御することで、膨大な組み合わせの計算を並列的に処理します。理化学研究所が運用を開始した「叡-II」も、この超伝導方式を採用した144量子ビットの最新機です。
2. 従来のコンピュータとの違い
古典コンピュータが得意なのは順次処理ですが、量子コンピュータは特定の複雑な問題（因数分解、化学反応のシミュレーション、最適化問題など）において、スーパーコンピュータで数万年かかる計算を数分で終えるほどの可能性を秘めています。
3. 期待される用途
- 材料・化学: 新しい触媒や電池材料（LiFSIなど）の分子構造解析。
- AI・最適化: 物流の効率化や金融ポートフォリオの最適化、大規模な機械学習の高速化。
- 創薬: 複雑なタンパク質の挙動をシミュレーションし、新薬開発期間を短縮。
4. 課題と展望
超伝導方式は、現状では熱やノイズに非常に弱く、計算エラーが発生しやすいという課題があります。
現在はエラーを許容しながら活用する「NISQ（中規模量子デバイス）」の段階ですが、将来的にはエラー訂正技術を確立し、2nm世代の半導体技術などと組み合わせることで、真の実用化を目指す段階にあります。
超伝導回路を極低温に冷却し、量子力学の「重ね合わせ」や「もつれ」を利用して計算するコンピュータです。従来のビットに代わり「量子ビット」を用いることで、特定分野の難問を圧倒的な速さで解くことが期待されます。
なぜ超電導が必要なのか
超伝導が必要な理由は、量子コンピュータの心臓部である「量子状態」が極めて脆いからです。
1. 電気抵抗による「熱」を防ぐ
通常の金属には電気抵抗があり、電流を流すと熱が発生します。この熱はエネルギーの乱れ（ノイズ）となり、計算の最小単位である「量子ビット」の情報を一瞬で壊してしまいます。
抵抗がゼロになる超伝導状態にすることで、エネルギー損失を抑え、情報を安定して保持できます。
2. 「ジョセフソン接合」の形成
超伝導体同士を薄い絶縁体で挟んだ「ジョセフソン接合」という構造を作ると、エネルギーが連続 的ではなく、飛び飛びの値（離散的なエネルギー準位）を取るようになります。これを利用することで、計算に必要な「0」と「1」の状態を人工的に作り出すことが可能になります。
3. 量子情報の長寿命化
超伝導状態では電子が「クーパー対」というペアを組んで整列し、摩擦なく流れます。この秩序だった状態を利用することで、量子ビットが計算を維持できる時間（コヒーレンス時間）を延ばし、より複雑な計算を行えるようになります。
量子情報の天敵である「熱」や「ノイズ」を排除するためです。超伝導で電気抵抗をゼロにすることで、エネルギー損失を抑えて極めて繊細な「量子状態」を維持し、精密な計算制御を可能にする「ジョセフソン接合」を実現します。
叡-IIではどんなシミュレーションが可能になるのか
「叡-II」が144量子ビットに到達したことで、従来のコンピュータ（古典コンピュータ）ではシミュレーションが不可能だった「多体系の量子状態」を直接扱う計算が可能になります。
1. 高度な材料・化学シミュレーション
従来のスパコンでは、原子の数が増えると計算量が爆発的に増えるため、近似（簡略化）が必要でした。144量子ビットあれば、より複雑な分子のエネルギー状態を正確にシミュレーションできます。
- 新素材開発: 高性能なポリイミドなどの高分子材料、次世代半導体用の特殊化学品の分子設計。
- 触媒の反応解析: 窒素固定や人工光合成など、エネルギー効率を劇的に高める新しい触媒の挙動解明。
- 電池性能の向上: LiFSIなどの電解質や、全固体電池におけるイオンの動きを原子レベルでシミュレート。
2. 創薬における分子ドッキング
ウイルスやタンパク質と、薬剤候補となる化合物がどのように結合するかを精密に計算します。
- 膨大な数の化合物ライブラリから、副作用が少なく効果の高い「鍵と鍵穴」の組み合わせを高速に探索し、開発期間を短縮します。
3. 金融・物流の最適化問題
「膨大な選択肢の中から最適な答えを見つける」シミュレーションに威力を発揮します。
- 金融アルゴリズム: 市場の複雑な変動予測や、リスクを最小化する資産運用のポートフォリオ最適化。
- 物流シミュレーション: 都市全体の交通渋滞緩和や、最も効率的な配送ルートのリアルタイム算出。
4. 量子物理学・基礎科学の探究
- 量子もつれの伝播: 100量子ビットを超える規模で、量子情報がシステム全体にどのように広がっていくか（スクランブリング）という、物理学の根本的な謎の解明。
- 強相関電子系: 超伝導そのもののメカニズムや、磁性体の複雑な電子挙動のシミュレーション。
144量子ビットにより、スパコンでは模倣困難な分子レベルの精密シミュレーションが可能です。次世代電池材料や触媒の開発、創薬、複雑な金融・物流の最適化など、社会課題を解く高度な計算への活用が期待されます。
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