Microsoftが量子プロセッサー「Majorana 1」を発表、「数年内に産業規模の重要な問題を解決できる」と期待

2025年2月19日、Microsoftが自社初の量子プロセッサー「Majorana 1」を発表しました。このプロセッサーにより、量子コンピュータの構成要素「量子ビット」を高い信頼性をもって生成できるようになるとのことです。

Microsoft’s Majorana 1 chip carves new path for quantum computing - Source
https://news.microsoft.com/source/features/ai/microsofts-majorana-1-chip-carves-new-path-for-quantum-computing/

Microsoft claims quantum-computing breakthrough — but some physicists are sceptical
https://www.nature.com/articles/d41586-025-00527-z

Introducing Majorana 1 - YouTube

Microsoftは、Majorana 1について「マヨラナ粒子(Majorana particle)を観測・制御できる画期的なアーキテクチャ『トポロジカルコア』を活用し、量子ビットを高い信頼性をもってスケーラブルに生成するもの」と説明しています。

Majorana 1はデスクトップPC向けCPUより少し大きいサイズの本体に8個の量子ビットを詰め込んだもので、Microsoftによると最終的に100万量子ビットまで拡張できるとのこと。

商業的に重要となるアプリケーションを扱う場合、100万量子ビットに対して何兆回もの演算が必要になるのですが、既存のアプロ－チでは各量子ビットを個別にアナログ制御する必要があるため、実現不可能であるとされていました。Microsoftが今回採用したのは、エラー耐性のあるトポロジカル量子ビットをデジタル方式で制御する方法です。

そもそも量子コンピューターとは、0または1の単一の値をとる従来のビットではなく、0と1に加えて「0と1の量子力学的重ね合わせ状態」を表現できる量子ビットを使うことで、既存のコンピューターよりも格段に速い速度で情報を処理するというものですが、量子ビットは操作時の環境の変化に弱いという欠点があります。さらに、計算には「測定」が不可欠ですが、測定することで量子ビットの状態が変わってしまうという問題もあります。

そこで、Microsoftが着目したのがトポロジカル量子コンピューターです。この方法は、通常よりも安定した量子ビットを作り、誤り訂正の必要性を減らすことで、処理速度・サイズ・制御性の向上を期待できます。ただし、このトポロジカル量子コンピューターに必要な「マヨラナ粒子」は自然界には存在せず、磁場と超伝導体を利用して人工的に作り出さなければなりませんでした。

通常、電子や陽子といったフェルミ粒子には「反粒子」が存在します。マヨラナ粒子は自分自身がその反粒子と同一という不思議な性質を持つ粒子で、理論上存在することが指摘され、2018年に存在が実証されました。

Microsoftは、インジウムヒ素とアルミニウムを使って原子ごと設計・製造した「トポロジカル超伝導体」を新たに開発。これにより、マヨラナ粒子を利用した量子ビットをよりシンプルかつデジタル的に制御可能になり、大規模化しやすくなったとのこと。また、マヨラナ粒子を生成することに成功しただけでなく、マイクロ波を用いてマヨラナ粒子の量子情報を確実に測定できることも実証できたとMicrosoftは報告しています。

Microsoftは「100万量子ビット以上を実現する量子アーキテクチャと、数兆回の高速かつ信頼性の高い演算が可能なシステムが必要ですが、今回の発表によりその未来は数十年先ではなく数年以内に実現可能であることが示されました」と伝えています。こうした大規模な量子コンピューターが実現すると、化学・材料科学・製造業・医療などの分野で、既存の古典的コンピューターでは計算不可能な問題を解決できる可能性があるとのことです。