Google Willow、Science論文でマジックステートの誤りを40分の1に削減

Googleの量子チームは、実用的な量子コンピューターに必要な特別な「マジックステート（魔法状態）」を、より安く作る方法を実機で初めて示しました。2026年10月15日にScienceで発表されたこの成果では、GoogleのWillowチップ上で、これらの状態の誤りが約40分の1に減りました。将来のマシンでは、マジックステートが容量の最大95%を使ってしまう可能性があります。そのため、これを安く作ることは、この分野で最大級のコストの一つに切り込むことになります。

Googleの発表は、研究科学者のEmma Rosenfeld氏と量子ソフトウェアエンジニアのCraig Gidney氏が執筆したもので、簡潔にこう述べています。「私たちは、マジックステート培養（magic state cultivation）がGoogle Quantum AIのハードウェアで機能することを示しました」。

マジックステートとは何か

量子コンピューターは量子ビットで動きます。量子ビットは、0と1を混ぜ合わせた状態を同時に保てます。量子ビットは壊れやすいため、実用的なマシンでは誤り訂正が使われる見込みです。これは、信頼性の高い1つの「論理」量子ビットを、多数の物理量子ビットに分散させることを意味します。

誤り訂正を備えたマシンは、一部の操作を低コストで実行できます。それ以外の操作は、単独では実行できません。そうした操作のために、マシンは事前にマジックステートを用意し、それを消費して操作を行う、とGoogleは説明しています。1つのマジックステートは一度しか使えません。T-state（T状態）は、マジックステートの一種です。

マジックステートを作るにはコストがかかります。Googleの投稿は、「量子コンピューターの全容量の最大95%を、それらを作るために充てる必要があるかもしれない」と述べています。Quantum Computing Reportによると、蒸留（distillation）と呼ばれる従来の手法は、マシンの物理量子ビットの90%から95%を使うと見込まれていました。Googleによると、この問題は2004年に初めて予見されていました。

培養の仕組み

Google Quantum AIのGidney氏、Noah Shutty氏、Cody Jones氏は、以前のアイデアを土台にして、2024年にマジックステート培養を提案しました。今回の論文で、それが初めて実際のチップで動きました。

The Quantum Insiderは、これをフィルターにたとえています。チップは、粗いマジックステートを少数の量子ビットのグループに広げます。次に一連のチェックを実行し、失敗した試行を捨て、合格したものを大きく育てます。

今回、チームは小さな誤り訂正符号から大きな符号へと状態を育てました。2つの符号は、distance-3（距離3）のカラー符号と、distance-5（距離5）の表面符号として知られています。Quantum Computing Reportはこれを「マジックステート培養の初めての物理的なハードウェア実装」と呼んでいます。

結果

指標	結果	出典
誤りの削減	培養していない状態と比べて約40分の1	Google
T-stateの論理忠実度	99.99%（Googleによると記録）	Google
残った試行	8%	Quantum Computing Report
使用した量子ビット	Willowの105個のうち54個	The Quantum Insider
保存テスト	誤りはシミュレーションの約7倍	The Quantum Insider

忠実度99.99%は、状態10,000個につき誤りがおよそ1つという意味です。8%という低い残存率は、フィルターの代償です。ほとんどの試行が捨てられるからです。

まだ実証されていないこと

著者たちは限界をはっきり示しています。「もちろん、私たちはまだ、マジックステート培養をより大きな規模で実証する必要があります」とGoogleの投稿は述べています。投稿は、実用的な量子コンピューターの時期を示していません。

The Quantum Insiderによると、保存された状態はシミュレーションの予測より速く劣化し、誤り率は約7倍高くなりました。同メディアは、その大半をリーケージ（leakage）によるものとしています。リーケージとは、量子ビットが本来保つべき2つの状態から外れてしまう現象です。シミュレーションでは、この影響が考慮されていませんでした。同メディアは、この研究を「実用的な量子コンピューティングに向けた、重要で漸進的な前進」と呼んでいます。

ハードウェアをうまく動かすのにも手間がかかりました。Interesting Engineeringによると、初期の結果は、電気機器のドリフトと研究室の温度変化のためにずれていました。Googleは、より良い制御と新しいベンチマーク手法でこれを解決しました。

開発者にとっての意味

今年、手元の技術スタックで変わることはありません。Googleは実用的なマシンの時期を示しておらず、この手法はまだ、はるかに大きな規模で機能する必要があります。これは製品ではなく、紙の上でのコスト削減と考えてください。

今後の論文では、3つの数字に注目してください。8%の残存率、保存中の誤り率、そして量子ビット数です。実用的なマシンには、マジックステートを高速かつ大量に作ることが必要です。試行の92%を捨てるフィルターは、追いつくために高速に動かなければなりません。

クラウドの量子計算時間を購入している場合や、自社のためにこの分野を追っている場合は、マジックステートをどう供給する計画なのかをベンダーに尋ねてください。この1項目が、実用的なマシンをどれだけ大きく、どれだけ高価にする必要があるかを決めるかもしれません。

セキュリティチームへの助言は変わりません。ポスト量子暗号、つまり量子による攻撃に耐えるよう設計された暗号への移行は、見出しに反応するのではなく、自分たちのスケジュールで進めてください。ツールはすでに登場しています。OpenSSH 10.6は10月6日にポスト量子署名方式を追加しました。

論文全文「Magic state cultivation on a superconducting quantum processor」は、ScienceにDOI 10.1126/science.aee7961で掲載されています。