量子超越性が暗号を揺さぶる日

1　量子超越性とは何か

量子コンピュータが「従来型（古典）コンピュータでは実質的に解けない課題を短時間で解く」――この瞬間を量子超越性（Quantum Supremacy／Quantum Advantage）と呼びます。Googleが2019年に54量子ビットの超伝導プロセッサ「Sycamore」で1万年かかる計算を200秒で終えたというニュースは記憶に新しいでしょう。

しかし「何をもって量子超越性と見なすのか」はいまだ議論が続くテーマです。量子の専門家スコット・アーロンソン氏は「"速い"だけではなく"古典計算では本質的に追いつけない"ことを数学的に示す必要がある」と繰り返し指摘しています。

2　NTTが示した"必要十分条件"

そうした中、NTT研究所などのチームが2025年6月23日に驚くべき理論結果を発表しました。「量子超越性が存在することと、ある種の暗号機能が安全であることは等価」だと証明したのです。

これは「量子コンピュータが古典計算より速くなる条件」と「暗号が破られない条件」が表裏一体になっている、という意味です。量子超越性が成り立たない世界では、私たちが毎日使う暗号の多くが破綻する可能性が示唆されました。逆にいえば、安全な暗号が残る限り、量子超越性を示すタスクも必ず作れる――そんな"力比べの物差し"を研究者に提供したことになります。

3　なぜ暗号と結びつくのか

暗号の堅牢性は「どんなスーパーコンピュータでも解読に天文学的時間がかかる」ことに依存しています。NTTチームはこの"解読困難性"を数学的ハードルとして利用し、量子計算がそれを跳び越えられるかどうかを測りました。もし量子計算が跳び越えられないなら暗号は壊れ、跳び越えられるなら量子超越性が示される――両者はコインの表裏というわけです。

こうした「暗号×量子」の視点は、量子コンピュータの社会実装を占ううえで欠かせません。量子技術が進めば進むほど、量子耐性暗号（PQC）の整備が急務になるからです。今回の研究は、量子計算の優位性を測る新たな理論的基盤を確立し、暗号技術の将来を見通す重要な指針を与えています。

4　光量子という日本の強み

以前の記事で、「量子コンピュータと光方式での技術革新」で、冷却不要かつ通信インフラと親和性の高い光量子方式の可能性を紹介しました。

光量子は、NTTやNICTが長年培ってきた光通信技術をそのまま応用できるため、日本勢が世界をリードしやすい分野です。今回の「暗号と等価」研究は理論面のブレークスルーですが、ハードウェア面でも光量子のスケーリングが進めば、量子超越性の実験タスクをより現実的な形で示せる可能性があります。

特に光量子コンピュータは室温動作が可能で、既存の光ファイバーネットワークと自然に接続できるという特徴があります。これは量子ネットワーク構築において大きなアドバンテージとなり、分散型量子計算システムの実現にも道を開くでしょう。

5　量子時代に備える三つの視点

なによりも暗号の再設計が急務となると思います。量子計算で破られない「格子暗号」や「符号ベース暗号」などの導入が世界的に加速しています。企業や行政はITインフラ更新のスケジュールを前倒しにする必要があるでしょう。

ハイブリッド計算の重要性も増しています。量子と古典が協調するソフトウェア開発が必須になります。クラウド上に量子APIを呼び出す設計思想は、生成AIの使い方に似ており、エンジニアは早期からプロトタイプを体験すべきです。

そして教育と人材育成が最重要課題です。量子アルゴリズム、暗号理論、さらには光工学までを横断できる人材が決定的に不足しています。大学・企業連携の強化が、技術覇権のカギとなります。

6　社会への影響とリスク評価

量子超越性の実現は、金融、医療、エネルギーなどあらゆる分野に波及効果をもたらします。特に個人情報保護や国家機密の管理において、従来の暗号化手法に依存したシステムは根本的な見直しが必要になるでしょう。

一方で、量子計算は創薬、気候モデリング、材料設計などの分野で従来不可能だった複雑な計算を可能にします。量子化学シミュレーションによる新薬開発や、最適化問題の解決による物流効率化など、社会課題解決への応用が期待されています。

7　おわりに

量子コンピュータの「速さ」を測る物差しは、もはや単なる処理時間ではなく、情報セキュリティと不可分の概念になりつつあります。暗号が強ければ量子計算も強く、量子計算が弱ければ暗号も崩れる――NTTの今回の成果は、その相互依存を初めて"必要十分条件"として位置づけました。

今回の研究成果は、理論と実用の架け橋となる重要な発見です。量子時代の到来に向けて、技術的準備と社会的議論を同時に進めることが、私たち全体にとって不可欠な課題となっています。

参考記事

〇世界初、量子超越性と暗号の安全性が等価であることを証明--従来とは異なるアプローチによる量子計算機の優位性を特徴付ける新たな理論的基盤--（2025/06/23）

〇量子コンピュータと光方式での技術革新（2025/01/26）

〇プログラム可能な超伝導プロセッサを使用した量子超越性（2019/10/23）