IBMが量子と古典のスパコンを「一緒に動かす」SQD。1万2千原子のタンパク質まで届いた研究の話

ふと考えてしまうんですが、量子コンピュータの「使い道」がはっきり見える瞬間って、これまでそう多くなかったですよね。

IBM Research が 2026 年 5 月 6 日に公開したブログで、SQD（sample-based quantum diagonalization、標本量子対角化）という手法の解説動画を出しました。Peter Hess さんの執筆で、IBM、Cleveland Clinic、理研（RIKEN）の共同研究の到達点も同時に紹介されています。1 万 2 千個を超える原子からなるタンパク質を、量子コンピュータと古典のスーパーコンピュータで「一緒に」モデル化できた、と。

これ、見方を変えると、量子と古典をどう分担させれば現実の科学が前に進むのか、という設計の話なんですね。

分子シミュレーションがなぜ難しいか

化学者は分子の電子配置を計算します。電子は原子核のまわりに「軌道」と呼ばれる確率の雲のように存在していて、そのうち一番エネルギーの低い状態（基底状態）が、分子の性質や反応性を決めると言われています。

問題はここからで。電子はおたがいに力を及ぼし合うので、原子の数が増えると、その相互作用は組み合わせ爆発を起こします。歴史を振り返ると、物理学者のリチャード・ファインマンが「自然の量子的な構造を計算するには、量子コンピュータが向いているのでは」と予言したのは 40 年以上前。けれど、現実のタンパク質サイズで動かせる目処は、長く立ちませんでした。

SQD の仕組みを、ふんわりやさしく

SQD の流れを、現場の感覚で並べるとこうなります。

ひとつ、古典コンピュータで分子の構造を量子回路の言葉に翻訳します。量子チップに何を計算させるかの「設計図」を、古典側で先に書く、ということ。

ふたつ、量子コンピュータがその回路を実行して、「電子が取り得る配置の候補」をたくさんサンプリングします。量子の重ね合わせが、ここで「絞り込まれていない可能性の山」を一気に汲み上げる役を担う。

みっつ、サンプリングされた候補集合に対して、こんどは古典のスーパーコンピュータが「対角化」と呼ばれる線形代数的な計算を回します。膨大な候補から、基底状態の近似を取り出す工程ですね。

よっつ、その結果を量子側にもう一度返して、量子チップが出すサンプルの質を上げていく。

中学生の方にも届く言い方で書くなら、「アタリをつけるのが量子、計算で詰めるのが古典」のチームプレイ、と読み替えてもいいかもしれません。IBM はこれを「Quantum-centric Supercomputing（量子中心スーパーコンピューティング、QCSC）」と呼んでいて、専用のリファレンスアーキテクチャまで公開しています。

4 ヶ月で 303 原子 → 1 万 2 千原子

今回のマイルストーンとして紹介されている数字が、わかりやすい。

前回（2026 年 1 月頃の発表）は 303 原子のタンパク質、今回（IBM Think で発表）は 1 万 2 千原子超のタンパク質。4 ヶ月で、扱える分子のサイズが 40 倍に伸びた、ということになります。

ここでひとつ留保が要ります。IBM Research のブログ本文には、今回どの量子ハードウェア（Heron 系か、それ以前か）と、どの古典スパコン（富岳か、米国側のシステムか）を組み合わせたか、という機種名までは書かれていません。Cleveland Clinic と RIKEN の共同というところから、米国側と日本側の双方の計算資源が動員されたと読めますが、具体名は別ブログでの突合が必要です。

いまの実力と限界

SQD は「魔法の杖」ではなく、量子側に大量に投げて、古典側で粘る、という地道なやり方です。原子数が伸びたといっても、創薬や材料設計に直接効く規模かというと、まだそこまで来ていない局面が多いですね。

それから、ここで使う量子ハードウェアはまだ誤り訂正のフル装備ではないので、ノイズ・ゲートエラーの影響をどう吸収するかが SQD のアルゴリズム設計のキモになります。手応えのある問題が見えてきたぶん、「次は誤り訂正の本格適用とどう組み合わせるか」が、量子業界の次のテーマになってくるはずです。

日本のユーザー・産業への含意

日本の研究現場では、理研の存在感がそのまま意味を持ちます。富岳をはじめとする古典スパコン側のノウハウは世界トップクラスで、SQD のような「量子と古典のハイブリッド」設計図のなかで、古典側の主役を担い続けられる位置にいる。

産業側で見ると、創薬・触媒・電池材料の研究所は、今回の数字をベンチマークとして「いまの量子+古典で、自分たちの分子はどこまで届くのか」を見積もる材料が増えました。製薬会社や化学メーカーが、量子クラウドの利用契約をどう設計するか、という議論にこのブログを持ち込めるところまでは来ています。

IBM は IBM Quantum Platform 上に SQD のチュートリアルを公開していて、ここから手を動かして触り始められます。社内の若手研究員に、まず「触ってみて」と言える教材があるのは、日本の R&D には大きい。

だから何が変わるか

量子コンピュータが「いつか役に立つ機械」から「ある種の分子では古典より速いかもしれない機械」に書き換わる過程を、私たちはちょうど見ているのかもしれません。ここで「いつ実用？」と問う気持ちは、もう少しだけ保留しておこうと思います。

情報元
– IBM Research — How to use sample-based quantum diagonalization on IBM hardware（2026-05-06）
– IBM Quantum Blog — Cleveland Clinic・理研との共同タンパク質研究（英語）
– IBM Quantum Platform — SQD チュートリアル（英語）
– IBM Research — Quantum-centric Supercomputing リファレンスアーキテクチャ（英語）