量子インターネット実現への第一歩――横浜国立大学が開発した「量子中継器」と次世代通信網の可能性

人生100年時代
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量子コンピューターの研究開発が世界各国で加速するなか、次の技術革新として注目されているのが「量子インターネット」です。

量子インターネットとは、量子力学の性質を利用して、離れた場所にある量子コンピューターや通信装置を接続する次世代のネットワークです。

横浜国立大学は、この量子インターネットの実現に欠かせない「量子中継器」の基盤装置を開発しました。

量子情報を一時的に保存する「量子メモリー」と、量子同士を特殊な状態で結びつける光源を組み合わせた装置です。

今回の成果は、単なる通信技術の進歩にとどまりません。

量子コンピューターの高性能化、金融取引の安全性向上、医薬品開発、新素材研究など、幅広い分野に影響する可能性があります。

量子コンピューターと従来型コンピューターの違い

現在のコンピューターは、情報を「0」または「1」という2つの状態で処理しています。

これに対して量子コンピューターは、「量子ビット」と呼ばれる情報の単位を使用します。

量子ビットには、0と1の状態を重ね合わせる「量子重ね合わせ」という性質があります。

さらに、複数の量子ビットが互いに関連する「量子もつれ」という現象を利用できます。

こうした性質を活用することで、特定の種類の計算について、従来型コンピューターよりも効率的に処理できる可能性があります。

例えば、医薬品の分子構造の解析、新素材の探索、複雑な最適化問題などへの応用が期待されています。

金融分野でも、資産運用の最適化やリスク分析などが研究対象となっています。

ただし、量子コンピューターがあらゆる計算で従来型コンピューターを上回るわけではありません。

実用化には、計算精度の向上や誤り訂正技術の確立など、多くの課題が残されています。

量子情報を遠くまで運ぶことの難しさ

量子インターネットを実現するうえで、大きな障害となっているのが量子情報の伝送距離です。

現在のインターネットでは、光ファイバーを通じて送られる光信号が弱くなると、中継装置などによって信号を再生できます。

しかし、量子情報は同じ方法では扱えません。

量子状態は周囲の環境から影響を受けやすく、わずかな雑音や振動などによって情報が失われることがあります。

また、未知の量子状態を完全にコピーすることは、量子力学の原理によって禁止されています。

そのため、通常の通信と同じように情報を複製して増幅することはできません。

長距離通信を実現するには、量子状態を壊さずに情報を受け渡す新しい仕組みが必要になります。

その中心的な役割を担うのが量子中継器です。

横浜国立大学が開発した量子中継器の基盤装置

横浜国立大学の堀切智之教授らの研究チームは、量子メモリーと量子もつれを生成する光源を組み合わせた装置を開発しました。

量子メモリーは、量子情報を一定時間保存するための装置です。

量子通信では、複数の地点で量子もつれを生成するタイミングを調整する必要があります。

量子メモリーがあれば、一方の地点で生成された量子状態を一時的に保持し、別の地点での準備が整うまで待つことができます。

これによって、長距離にわたる量子通信の実現可能性が高まります。

研究チームは、2台の装置を光ファイバーで接続し、量子情報をやり取りする仕組みの構築を進めています。

2026年度にも実験室内での接続実証を目指し、その後は離れた場所同士での実証に取り組む計画です。

既存の光ファイバー網を活用できれば、量子インターネットの整備に向けた重要な基盤となります。

もっとも、今回の装置開発によって長距離の量子通信が完成したわけではありません。

量子状態の保存時間、通信効率、装置間の接続精度などについて、今後も技術的な検証が必要です。

量子もつれを利用した通信の仕組み

量子インターネットを理解するうえで重要なのが「量子もつれ」です。

量子もつれとは、2つ以上の量子が、それぞれ独立した状態では説明できない強い関連性を持つ現象です。

離れた地点にある量子同士でも、この関係を形成できます。

量子中継器では、隣接する地点間で量子もつれを生成し、それらを接続する「量子もつれ交換」という技術が重要になります。

例えば、東京と大阪の間で量子情報を共有する場合、途中に複数の量子中継器を配置することが考えられます。

各区間で量子もつれを生成し、段階的に接続することで、遠く離れた地点間にも量子もつれを形成できます。

ただし、量子もつれだけで情報を瞬時に送れるわけではありません。

量子情報の伝送には、通常の通信による情報のやり取りも必要になります。

量子中継器は、こうした量子力学の性質を利用して、従来の信号増幅とは異なる方法で通信距離を延ばす技術です。

量子コンピューターの高性能化への期待

量子インターネットの重要な目的の一つは、複数の量子コンピューターを接続することです。

現在、量子コンピューターには超電導方式、イオントラップ方式、光方式、ダイヤモンドスピン方式など、さまざまな開発方式があります。

例えば超電導方式では、量子状態を安定させるために極めて低い温度まで冷却する必要があります。

量子ビットの数を増やすほど、冷却装置や制御回路の大型化が課題になります。

そこで注目されているのが、複数の量子コンピューターをネットワークで接続する「分散型量子計算」です。

1台の装置を無制限に大型化するのではなく、複数の装置が協力して計算する仕組みです。

将来的には、異なる場所に設置された量子コンピューターが、1つの大規模な計算システムとして機能する可能性があります。

ただし、装置間で量子情報を高い精度で共有する必要があり、通信速度や誤り訂正などの課題もあります。

富士通が進めるダイヤモンドスピン方式

日本企業も量子コンピューターを接続する技術の研究を進めています。

富士通は、ダイヤモンドの結晶内部に形成される特殊な電子状態を利用した「ダイヤモンドスピン方式」に取り組んでいます。

人工ダイヤモンドの結晶に特定の不純物を導入することで、量子情報を保持するための構造を作ります。

世界的には窒素を利用する方式が広く研究されていますが、富士通はスズを利用する技術をオランダのデルフト工科大学などと共同開発しています。

スズを利用する方式では、量子状態と光を効率的に結びつけられる可能性があります。

光を使って量子情報をやり取りする技術は、離れた量子コンピューター同士を接続するうえで重要です。

富士通は2026年9月に試作機を公開しました。

こうした研究が進展すれば、量子コンピューター本体の開発だけでなく、量子通信装置との接続技術にも応用が広がると考えられます。

金融取引と情報セキュリティーへの影響

量子インターネットは、金融分野にも大きな影響を与える可能性があります。

金融機関では、顧客情報、取引情報、決済データなど、大量の機密情報を取り扱っています。

現在は暗号技術によって通信の安全性を確保していますが、将来的に高性能な量子コンピューターが実用化されれば、現在広く使われている一部の公開鍵暗号が解読されるリスクがあります。

この問題への対策として、量子コンピューターでも解読が困難とされる「耐量子計算機暗号」の導入が進められています。

一方、量子通信を利用した「量子鍵配送」も研究されています。

量子鍵配送では、量子状態を測定すると状態が変化する性質などを利用して、盗聴の兆候を検知できる仕組みを構築します。

ただし、量子インターネットを利用すれば、あらゆる不正アクセスを自動的に検知できるわけではありません。

通信装置の欠陥、認証の不備、端末への侵入などについては、従来と同様のセキュリティー対策が必要です。

金融機関にとっては、耐量子計算機暗号と量子通信の両面から、将来の情報保護体制を検討することが重要になります。

日本が目指す2040年ごろの量子インターネット

量子インターネットの研究開発は、世界各国で進んでいます。

米国、中国、オランダなどでは、長距離の量子通信や量子ネットワークの実証研究が進展しています。

日本でも、2040年ごろの量子インターネット網の構築を目標に掲げています。

2027年度予算の概算要求には、関連する研究支援として約100億円が盛り込まれました。

量子技術は、将来の通信インフラや計算基盤を左右する戦略的な技術分野です。

一方で、実用化までには多くの課題があります。

量子メモリーの材料や保存方式には複数の候補があり、現時点で決定的な方式が確立しているわけではありません。

さらに、量子コンピューターと量子中継器を接続する際には、光の波長の違いなども課題になります。

研究開発への投資が、そのまま短期間で事業収益につながるとは限りません。

長期的な視点に立った研究支援、人材育成、国際標準化への対応が求められます。

企業経営と私たちの生活への将来的な影響

量子インターネットは、現時点では研究開発段階の技術ですが、将来的には企業経営にも影響を及ぼす可能性があります。

製薬企業では、複雑な分子の解析や新薬候補の探索に、分散型量子計算を活用できる可能性があります。

製造業では、新素材の開発や生産工程の最適化などが研究対象になります。

金融機関では、高度なリスク分析や情報保護技術への応用が期待されます。

また、量子技術の普及によって、通信機器、半導体、光学部品、冷却装置、制御ソフトウエアなど、関連産業にも新しい需要が生まれる可能性があります。

中小企業にとっても、こうした技術が将来的にクラウドサービスなどを通じて利用できるようになれば、研究開発や経営分析の選択肢が広がるかもしれません。

ただし、こうした効果は技術の成熟と事業化を前提とするものです。

現段階では、実現可能性と実用化までの時間を慎重に見極める必要があります。

結論

横浜国立大学による量子中継器の基盤装置の開発は、量子インターネットの実現に向けた重要な研究成果です。

これまで量子コンピューターの開発では、量子ビットの数や計算精度の向上が注目されてきました。

しかし、今後は複数の量子コンピューターを接続し、協力して計算する技術も重要になります。

量子中継器と量子メモリーは、その実現を支える基盤技術です。

量子インターネットが普及すれば、計算能力の向上だけでなく、金融取引の安全性、医薬品開発、素材研究などにも新しい可能性が生まれます。

一方で、量子状態の安定的な保存、長距離通信、異なる装置間の接続など、解決すべき課題は少なくありません。

2040年ごろの量子インターネット網構築という目標に向けて、今後の研究開発の進展が注目されます。

量子コンピューターを単独で利用する時代から、ネットワークを通じて量子情報を共有する時代へ。

今回の研究成果は、将来の情報通信基盤が大きく変わる可能性を示すものといえます。

参考

日本経済新聞 2026年11月10日 朝刊

「量子情報を『中継』、横浜国立大学が基盤装置 次世代通信網へ応用も」

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