量子電腦具備高速處理傳統電腦難以計算的能力，然而，實用化預計仍需 10 至 20 年，且面臨諸多技術挑戰。特別是硬體穩定性、量子演算法開發及量子錯誤更正技術的進步至關重要。近年來，由於量子錯誤更正技術的進展，實用化的速度正在加快。
量子錯誤更正的進展
2023 年 12 月，哈佛大學利用中性原子技術，在量子錯誤更正領域取得重大突破。Google 和 IBM 也將量子錯誤更正技術整合至新一代量子晶片，以推動未來量子電腦的發展。目前，超導、中性原子、離子阱和光學技術等多種方式競爭發展。其中，中性原子技術極具創新性，顛覆了傳統固定晶片架構，透過移動計算元件來提升錯誤更正的準確性。然而，哪種技術最終將成為主流仍不確定，各國及企業間的競爭仍在持續。
量子電腦的市場趨勢
當前，量子電腦產業正從混合型計算（與傳統電腦並用）向容錯型量子電腦（FTQC）過渡。雖然 FTQC 的實用化尚需時日，但隨著技術進步，實現時間可能提前。
NVIDIA 正加速進軍量子電腦市場，運用 GPU 技術支援量子計算。IBM 和 Google 則分別提供量子運算平台，加速量子計算的普及。
在日本，富士通與理化學研究所開發出超導量子電腦與量子模擬器結合的混合系統。此外，預計 2025 年，三層圈將啟用 NVIDIA GPU 驅動的超級電腦「ABCIQ」，並與外部企業合作推進量子計算的研發。
Google 與 NVIDIA 的合作
2024 年，Google 與 NVIDIA 宣布合作，共同解決量子電腦設計挑戰。Google 利用 NVIDIA 的超級電腦模擬量子技術運行，進一步加速量子電腦的發展。
量子電腦存在「雜訊」問題，計算過程中需定期停止以降低誤差。Google 利用 NVIDIA GPU 進行雜訊降低研究，致力於實現更穩定的量子計算。
2019 年，Google 宣布實現「量子霸權」，成功在 3 分鐘內解決超級電腦需 1 萬年才能計算的問題。然而，真正的實用化仍需進一步技術突破。
冷卻原子技術的崛起
冷卻原子技術在容錯型量子電腦（FTQC）領域備受關注。此技術透過雷射冷卻原子，使其成為量子位元。日本的分子科學研究所（分子研）正與富士通、日立製作所合作推動商業化。
冷卻原子技術的優勢包括較長的相干時間及量子位元間的靈活耦合。超導技術的相干時間為毫秒級，而冷卻原子技術則可達 1 秒以上。此外，原子具有高度一致性，能夠提供更精確的計算結果。
分子研已成功配置並初始化 800 顆原子，正朝 1 萬顆規模擴展。然而，此技術仍需提高量子閘操作精度，以克服處理速度的挑戰。QuEra Computing 已達成 99.5% 的計算忠實度，分子研亦在持續改進技術。
量子錯誤更正技術的創新
2024 年，Google 改良了量子錯誤更正技術，顯著提升計算性能。該成果刊登於英國《自然》科學期刊，被視為邁向實用化的重要進展。
傳統電腦以「0」與「1」的二進位計算，而量子電腦利用「0 和 1 共存」的量子力學特性，使其可在極短時間內解決超級電腦需數十年才能完成的計算。
然而，量子錯誤仍然是主要挑戰，量子位元的不穩定性可能導致累積誤差。Google 透過超導量子電腦進行錯誤更正實驗，對比 72 顆與 105 顆量子位元的表現，結果顯示增加量子位元有助於降低錯誤率。
IBM 也積極開發量子電腦，計劃於 2029 年推出具備錯誤更正功能的實用量子電腦。在日本，理化學研究所與富士通正開發量子電腦，目標在 2026 年後推出 1000 顆以上量子位元的系統。
量子電腦的未來
根據波士頓諮詢公司（BCG）的預測，到 2040 年，量子電腦將創造高達 8500 億美元（約 128 兆日圓）的經濟價值。該技術可應用於高性能電池材料開發、環保催化劑研究等領域。
此外，量子電腦在金融工程等需要複雜模擬的領域亦具備潛力。未來，量子電腦的發展競爭將日益激烈，技術進步若持續加速，將為社會與產業帶來重大變革。
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Googleなど、量子計算の性能向上 エラー訂正効果実証
サイエンス 2024年12月10日 1:00
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NVIDIA、Googleと量子コンピューターの設計課題で連携
量子技術 2024年11月19日 12:43
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「冷却原子方式」量子コンピューター、有望株に急浮上
混戦 量子コンピューター（下） コラム 2024年8月16日 5:00
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量子のプラットフォーマーを狙え 日本やイスラエル企業
編集委員 吉川和輝 Nikkei Views 2024年8月13日 5:00