IBM Quantumは、実用的な量子コンピューティングへの道は、現在のデバイスから完全にフォールトトレラントなコンピューターへ直接飛躍することではなく、エラー緩和、エラー検出、エラー訂正の技術が連なる広いスペクトラムを経るものだと考えている。Ali Javadi-Abhari、Blake Johnson、Alireza Seif、Jennifer Janechekが2026年9月15日に発表した資料によれば、進展を測る実際的な基準は論理量子ビットの数だけではなく、利用可能なリソースを使って信頼性を保ちながら実行できる回路の規模と複雑さである。
この考え方は、一方では時間とサンプル数、他方では量子ビット数とゲート数の間にある基本的なトレードオフに基づいている。量子エラー訂正は、情報を論理量子ビットに符号化し、回路の実行中または実行後にエラーを処理する。しかし、多数の量子ビットとゲートに加え、より低いエラー率のハードウェア、長距離接続、リアルタイムデコーディングが必要になる。一方、エラー緩和は、ノイズの影響を低減するために回路を繰り返し実行するもので、サンプリングコストを押し上げるが、高性能コンピューティングを活用してこのコストを削減できる可能性がある。
ハイブリッド手法は何をもたらすのか？
両方の手法の中間領域では、ハイブリッド技術がエラー訂正とエラー緩和の要素を組み合わせて用いる。IBMによれば、近年のエラー訂正技術では、基盤となる物理ハードウェアのエラー率と比べて約10分の1に低い実効エラー率が示された。また、ハイブリッド手法では、エラー緩和のみを用いる場合と比較して、推定されるサンプリング負荷が63分の1に削減された。
一例は、時空間符号を用いたポストセレクション型エラー訂正である。この手法では、低ウェイトのPauli検査を空間と時間に分散させる。ハードウェアの実行は、必要な検査を満たさなかった場合に除外される。資料が紹介した実験では、76個の物理量子ビットを用いて64個の論理量子ビットを符号化し、314個のTゲートを使用するとともに、2336個のCZゲートを含む回路を実行した。シンドロームを選別した後、ゲートの実効エラー率は約10分の1に改善し、95%の信頼度で最小忠実度は0.349となった。
しかし、ポストセレクションですべてのエラーを除去できるわけではない。一部のノイズは対称性検査をすり抜ける可能性があるためだ。そこでIBMは、この手法を確率的エラーキャンセレーション（PEC）と組み合わせ、PEC単独で必要となるよりはるかに少ないショット数で近似的な期待値を得た研究成果を紹介している。この結果は、完全なフォールトトレランスに到達したことを証明するものではないが、エラー検出とエラー緩和を組み合わせることで、現在のデバイスからより高い性能を引き出せる可能性を示している。
ソフトウェア制御も訂正システムの一部
このアプローチは、符号の設計だけに限られない。IBMによれば、IBM QuantumプラットフォームとQiskitは、制御パルスやカスタムキャリブレーションから、実行中の測定と古典的処理、即時フィードバックを組み合わせる動的回路まで、スタックの複数のレベルへのアクセスを提供する。
また、前年に試験的サービスとして開始された指向型実行モデルでは、クライアント側からエラー緩和を調整できるほか、プロファイリングやノイズ学習のためのツールも利用できる。qiskit-noise-learning、qiskit-mitigation、Samplomaticなどのパッケージにより、研究者はカスタムのノイズ学習プロトコルを構築し、標準的な緩和戦略を実行できる。Executorツールは、測定の二値結果だけでなく、状態情報やIQ点の再取得も可能にするため、デコーディング、状態検証、リーケージ解析に役立つ可能性がある。
完全なフォールトトレランスのコストを削減する2つの道筋
資料は、条件付き量子訂正についても扱っている。そこでは、Cliffordゲートをエラー訂正によって保護し、Tゲートのエラーを量子確率などの手法で緩和する。緩和がCliffordに属さないゲートにのみ適用されるため、論理レベルで動作を開始したデバイスでは、その負荷がより管理しやすくなる可能性がある。
別の道筋として、符号のシンドローム測定に基づいて条件付きで決定される弱い横方向回転を用いる方法が提案されている。誤ったシンドロームを持つ分岐は、完全にマジック状態の生成、蒸留、テレポーテーション転送に依存するのではなく、除外または反復できる。IBMは、このアイデアによって、従来のClifford + T方式と比較して実行時間を数十倍から数百倍短縮できる可能性があるとしているが、これは依然として期待される研究結果であり、生産用のフォールトトレラントシステムで実証された性能ではない。
実際には何が変わるのか？
階層型符号は、別の道筋を提供する。そこでは、量子Reed-Solomon符号などの代数符号を内部のqLDPC符号の上に配置し、内部符号の論理演算によって、ハードウェア自体に同じ複雑さを加えることなく、外部符号に必要な長距離接続を提供する。IBMによれば、高レートの内部符号の上にReed-Solomon符号を構成すると、物理エラー率が10-3の場合、理論上は1012規模の論理演算に到達でき、工学的により単純なユニットを使用できる。
しかし、リアルタイムの階層型エラー訂正は、現行世代のシステムで直接利用できるものではない。また、その恩恵を得るには、量子処理ユニットとCPU、GPU、または専用アクセラレーターとの緊密な統合が必要であり、IBMはこれをIBM Quantum Systems APIおよび量子中心のスーパーコンピューティングアーキテクチャと結び付けている。
certi.newsの見解：IBMの提案における核心的な価値は、議論を「フォールトトレラントなコンピューターはいつ登場するのか」という問いから、より測定可能な問いへ移した点にある。すなわち、道筋の各時点で、どの規模の回路を信頼性高く実行できるのかという問いだ。示された数字は、ノイズのコスト削減における重要な進展を示しているが、現在のデバイスが完全なフォールトトレランスを達成したことや、大規模な実用アプリケーションが利用可能になったことを意味しない。結果はノイズモデル、サンプル選別、古典的リソースに依存しており、スケーラビリティ、接続性、デコーディングに必要な時間も依然として未解決の問題である。したがって、段階的な道筋は研究者にとって有望に見えるものの、最適化された論理回路の実験と、大規模なフォールトトレラント量子コンピューターの構築との間にある工学的な隔たりをなくすものではない。