量子科技は技術的なボトルネックを克服し、産業化の検証段階に入る

300億年の誤差は1秒以内——量子技術が再び人類の計時精度を更新しました。今年3月、中科大（中国科学院大学）の研究チームは光時計の開発で10-19のオーダーの突破を達成し、世界の時間標準を光学時代へと押し進めました。この新たな測定精度は、さまざまな最先端アプリケーションへの扉を開きます。

100年前、物理学者たちは古典物理ではミクロの世界を説明できないことを見いだし、量子力学が誕生しました。現在、量子技術は古典物理の限界を突破し、人類の計算能力、感知精度、情報セキュリティを改めて定義し直しています。

「第15次5カ年計画（十五五）要綱」の6つの将来産業の1つとして、量子技術は、我が国が未来の科学技術と産業の中核的な発言権を獲得するための重要な支えです。現在、我が国は量子計算、量子通信、量子精密測定の3大競争コースのいずれでも突破を達成しています。中科大や深圳国際量子研究院などを代表とする研究機関と、国盾量子、国儀量子、本源量子などを代表とするリーディング企業が頭角を現し、研究開発クラスターが産業の発展を牽引するという構図は、すでに一定の形が見え始めています。

しかし、量子技術は、実験室でのオリジナルなブレークスルーから、産業チェーンにおける大規模な応用へと至るために、なお数多くの溝を越える必要があります。多方面の力を結集することで、この攻略戦は突破へ向かいつつあります。

3大コア競争コースを制する

量子は、世界のエネルギーを構成する「最小単位」です。科学者は量子の特性を利用し、ミクロの世界の法則でマクロの世界を作り変えます。

従来のコンピュータ分野では、ビットは最小の情報単位であり0と1の2つの状態で構成されます。一方、量子の世界では、量子ビットは0と1の重ね合わせ状態に同時に存在でき、回転中の硬貨のように、表裏両方の属性を併せ持つイメージです。複数の量子ビットの間ではもつれ（エンタングルメント）が生じ、効率的な協調演算に利用できます。n個の量子ビットの状態数は2のn乗に達し、計算能力の次元を高めるために使われます。

世界の量子計算、量子通信、量子精密測定という3つの主要なコア競争コースにおいて、中国の研究機関と企業は、国際的なトップレベルに並ぶ強い実力を示しています。

量子計算は、量子技術の中でも難易度が最も高い分野として広く認められており、その目標は量子コンピュータを発明し、古典コンピュータでは実行できない計算タスクを実現することです。これは現在、各国の科学者やMicrosoft、Googleなどのテック・ビッグネームが重点的に取り組む攻めの課題でもあります。

中国科学院量子情報重点実験室に由来する本源量子は、72ビットの自社開発超伝導量子チップを搭載した超伝導量子コンピュータ「本源悟空」の成功裏の開発に成功しました。伝えられるところによれば、「本源悟空」は「本源司南」量子コンピュータのOSと「本源天機」量子測定・制御システムのソフトウェアとハードウェアを協調最適化し、現在までに安定して2年超の稼働を続けています。累計で、世界163の国・地域における80万件超の量子計算タスクを完了しました。

通信分野では、量子鍵配送は盗聴されればそれが感知されるという特性を持ち、通信を「絶対的な安全」の時代へ導きます。量子秘匿通信で有名な国盾量子は、量子通信領域で世界をリードする特許の出願・整備などを土台に、自主開発した第5世代の量子秘匿通信コア装置を開発し、世界初の千キロ級量子秘匿通信「京滬（きょうこ）幹線」、国家広域量子秘匿通信の基幹ネットワーク、「天地一体広域量子秘匿通信ネットワーク」などの重要プロジェクトの構築を支えました。量子通信を実験室から模範的な実証応用、そして大規模な展開へと進めるうえで、重要な技術的支援となっています。

国儀量子は量子精密測定分野に重点的に取り組み、高度な科学計測機器を自主開発しています。同社の関係責任者は『証券時報』の記者に対し、コア部品のダイヤモンド量子プローブを例に挙げました。プローブ先端の直径はわずか500ナノメートルで、だいたい髪の毛の1/100です。この極めて小さなプローブ先端には、スケールが約0.5ナノメートルの原子レベルのセンサーが集積されています。温度計が人の体温を感知できるように、単一の細胞や分子を「聴診」するには、さらに微視的で、より高感度な測定ツールが必要です。そのとき、量子計測器が活躍します。国儀量子は2018年に、国産初の商用Xバンド電子スピン共鳴（ESR）スペクトロメータを投入し、一挙に海外ブランドによる技術独占を打ち破りました。これにより、我が国の量子精密測定技術が産業化の面で重要な突破を遂げました。

現在、我が国の量子技術の3つの細分分野における発展の構図はそれぞれ異なります。量子秘匿通信では、我が国は世界トップの地位にあります。量子コンピュータ研究では、我が国は米国と歩調をそろえ、いずれも世界の第1集団に属しています。量子精密測定では、我が国は細分の競争コースで一部リードしていますが、高度な科学計測機器などの分野では先進国との差があります。

技術的ボトルネックの攻略

我が国の高端科学計測機器業界はスタートが遅く、産業チェーン上流の高精度・ハイテク部品の国産化には明確な弱点があります。中高端の量子測定の完成機は長年、国際的な巨大企業に独占されてきたほか、西側諸国による輸出規制や技術封鎖に直面する状況にもありました。さらに、深い理論的基礎と産業化の経験を併せ持つ学際的な量子分野の高度人材が極端に不足しており、産業発展を制約する重要なボトルネックとなっています。

厳しい現実が、中国企業に自らの道を歩ませました。国儀量子の関連責任者によれば、外部からの課題に対応するため、同社は自社で「高均一で安定した磁場の発生と制御」「スピン制御マイクロ波技術」「量子センサーの設計・加工」などの基礎となる“ハードコア技術”を攻略し、習得しました。これにより、装置はコア部品から完成したシステムまで、自主的に制御可能な形へと推進されています。同時に同社は明確な発展計画も策定しています。上流では、地元のサプライチェーン連携を深め、重要部品の自研自製を推進し、サプライチェーンの自主性とレジリエンス（強靭性）を全面的に高めます。下流では、「量子科儀谷」を軸に世界の応用ネットワークの構築を進め、量子技術の産業化の実装を加速し、産業製造、生命健康、エネルギーなどの分野へ落とし込みます。

国盾量子の副総裁・周雷氏は、実験室の技術を産業化へつなげるうえでの鍵は、コアとなる部品・コンポーネントの自主的な可制御性を実現すること、そして製品を安定・信頼性高く、工学化し、大規模な応用へと推し進めることだと述べています。同社の発展過程では、コア元部品の供給が制限されること、エンド製品の統合の難度が高いこと、ネットワーク構築の工事が複雑であることなど、一連の課題に直面してきました。単一光子検出器を例にすると、早期には価格が高く、良品率が低い国際製品が、我が国の量子通信産業の発展を深刻に制約していました。コアコンポーネントの“ボトルネック化”という受動的な局面に直面し、国盾量子は国内の優位性のあるユニットと連携し、1000回超の実験攻めを経て、国際同類製品よりも性能が大きく優れる国産の単一光子検出器を開発しました。このシリーズは「京滬幹線」「天地一体広域量子秘匿通信ネットワーク」などの重要プロジェクトを支え、量子通信の大規模な発展に堅固な基礎を築きました。

2025年、国盾量子は世界初の4チャネル・ディープ・フリージング単一光子検出器を投入しました。検出効率、暗雑音、集積度などの重要指標において、世界（600628）の記録を更新し、体積は国際同類製品の1/9にとどまります。現在、同社が自主開発した一連の単一光子検出器製品は、ほとんどの単一光子検出の応用シナリオに対応でき、超遠距離量子鍵配送、単一光子イメージングなどの実際の応用に対し、高いコストパフォーマンスを備えたソリューションを提供できます。

広東省科学技術庁の先見的な計画のおかげで、深圳国際量子研究院は、電子リソグラフ装置、低温冷却ヘッド、希釈冷凍機などの量子技術コア装置の研究開発において、比較的早い段階から布陣していました。国外が我が国に対して技術の禁輸や封鎖を実施する前に、関連技術はすでにほぼ研究開発を完了し、国外の技術「ボトルネック」封鎖をうまく突破しました。

“道中で卵を産む（沿途下蛋）”で産業化へ

ある量子計算の実験室で、記者は一組の対句を書いた掲示を見ました。そこには「茨を払いデータを測り、追い風を受けてコアを開発する」とあり、横額は「決して原稿を退かない」です。現実は、我が国の量子計算がコア論文の掲載や技術的ボトルネックの突破を実現した後も、産業化と商業化へ進む必要があるということです。

周雷氏は、量子技術の発展の道は、技術が成熟してから市場へ押し出すという従来型のルートではなく、研究と産業を深く融合し、“沿途下蛋”のイノベーションとして進める道だと述べました。

「沿途下蛋」は、量子技術の業界関係者による言い方で、科学の高峰を登る過程で、段階的な技術成果を製品実装へとタイムリーに転化することを意味します。この“沿途下蛋”というモデルは、量子通信、量子計算、量子測定の3つの領域を貫いており、まさに今後しばらくの間、量子技術が実験室から市場へ出ていくためのコアとなる道筋にもなっています。

深圳国際量子研究院院長で、中国科学院院士の俞大鹏氏は記者に対し、科学計測機器の開発は必ず大量生産と産業化を実現しなければ（それによって初めて価値が実現される）、過去に多くの国で行われた計測機器の研究開発プロジェクトでは、試作機を作って審査に通過すると、そのまま放置されてしまい、技術が最終的に流出してしまうことがあったと述べました。この点を踏まえ、深圳国際量子研究院は各研究チームの若手人材が創始チームを担い、それぞれが会社を設立して、異なるコア技術と製品に焦点を当てて産業化を進めています。関連製品はすでに市場化されて販売を開始しています。昨年1年間だけでも、研究院はこのような科技企業を8社孵化させ、そのうち鲲腾卓越などの企業は、量子計算ハードウェア領域で強い研究開発力と産業化のポテンシャルを示しています。深圳国際量子研究院の実践は、“沿途下蛋”の典型的なやり方そのものです。

現在、一部の企業は産業化のブレークスルーを実現したと主張していますが、全体としての基礎はなお比較的薄いのが現状です。たとえば、多くの企業の販売対象は主に大学や研究機関で、研究用途に用いられます。この種のシナリオは市場規模が相対的に小さく、今後はさらに、民生用途、工業用途などの大規模な応用シナリオを拡張し、産業が本当に実験室から産業チェーンまでの完全な飛躍を実現できるようにする必要があります。

複数の取材に応じた業界関係者は、現在の量子計算の技術発展は、市場が想像するような商用段階にはまだ遠いと述べています。量子計算は依然として研究用の計測器であり、実装できる新しい計算能力がまだ生まれていないため、企業に直接実用的なサービスを提供できません。その下流の顧客も、主に研究機関や大学、そしてごく一部の革新的企業に限られ、技術の試行や研究に用いられています。量子コンピュータに“ぴったり”の数学問題で量子優越性が示せることを除けば、現段階の量子計算のコアな任務は、まだ古典計算機を追いかけることにあります。

「量子計算企業の短期的なコア目標は、“生き残る”ことです。技術を継続的に蓄積し、市場を育て、技術と市場の双方が成熟するのを待つ。」と俞大鹏氏は考えています。量子産業は長期の競争レースであり、量子計算には5〜10年の育成期間が必要です。同氏は、高い強度の研究開発投資を維持し、人材育成の体系を整え、産業チェーンの協働を強化し、忍耐強い資本の配置を導くことで、我が国を量子技術の“強い国”へと押し上げるとともに、「十五五」期における量子技術の目標——「量子通信で世界トップ、量子計算で実用的ブレークスルー、量子測定で規模ある応用」——の実現を後押しするべきだと提言しています。

（編集委員：張岩）

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