核融合燃料の初量子計算に成功、ホワイトハウスは2030年までの耐量子暗号移行を本格始動

米ホワイトハウスは2026年7月7日（現地時間）、量子イノベーション・サミットを開催した。このサミットに合わせ、連邦政府の研究者らによる核融合燃料化学の史上初となる量子計算の成功が確認された。同時に米政権は、すべての連邦機関および政府調達企業に対し、暗号化システムを量子脅威から保護するための具体的な期限を定めたロードマップの運用を開始した。

■核融合燃料を量子コンピュータでモデル化：2028年に向けた意義

サミット前日の2026年7月6日、オークリッジ国立研究所（ORNL）、クリーブランド・クリニック、IBMの研究チームは、核融合関連材料である「FLiBe（フッ化リチウムとフッ化ベリリウムの混合溶融塩）」の分子計算を量子コンピュータで実行することに成功したと、プレプリントサーバー「arXiv」で発表した。量子コンピュータが核融合関連材料の分子計算を行った初の事例とされる。

FLiBeは、核融合発電の燃料として不可欠な希少水素同位体「トリチウム」を生成するための、核融合炉の「ブランケット」材料として提案されている。トリチウムは自然界に極めて乏しく、FLiBeの分子構成とどのように結合するかを計算モデル化することは、燃料生産を自給自足できる商業用核融合炉の設計において前提条件となる。

研究チームは、IBMの量子プロセッシングユニット（QPU）を用い、量子・古典のハイブリッドワークフローによってFLiBeの9つの異なる分子構成を計算した。量子プロセッサが指数関数的にスケールする計算部分を処理し、古典的な高性能コンピュータ（HPC）が決定論的なコンポーネントを処理した。ORNLのサイエンス・エンゲージメント部門長であるトム・ベック氏は「約5カ月前にこの研究を始めたとき、これほど早くこの段階に到達できるとは思っていなかった」と述べている。

■古典コンピュータでは不可能な課題を「量子中心スーパーコンピューティング」が解決

この計算に古典コンピュータではなく量子コンピュータが必要だった技術的理由は、FLiBeの分子動力学の性質にある。この溶融塩の挙動には「強く相関した電子状態」が関わっており、これはシステム全体の完全な量子状態を追跡しなければ電子間の相互作用を近似できない、量子多体問題の一種である。

古典コンピュータは、相互作用する粒子の数が増えると必要な計算資源が指数関数的に増加するため、この種の問題を苦手とする。システム規模が2倍になると計算コストはおよそ2乗になり、古典マシン単独での大規模シミュレーションは事実上不可能になる。一方、量子プロセッサは重ね合わせと量子もつれを通じて、この指数関数的な状態空間を直接表現できるため、古典的アプローチを阻む指数関数的なペナルティなしに計算をスケールさせることができる。

今回の共同研究チームが開発したハイブリッドワークフローは、エラーを蓄積せずに任意の長時間の計算を維持することがまだできない、現代の「ノイズあり中規模量子（NISQ）」プロセッサを活用するための戦略を示している。計算のうち量子的に困難な部分のみを量子ハードウェアにオフロードする仕組みだ。共同研究は現在も継続中であり、量子・古典システム間のデータ転送遅延の削減や、シミュレーションする分子相互作用の規模拡大に取り組んでいる。

■「今収集し、後で解読する」脅威：すでにリスクにさらされている暗号データ

ドナルド・トランプ大統領が2026年6月22日に署名した2つの大統領令に盛り込まれたポスト量子暗号（PQC）への移行期限は、単なる将来のコンプライアンス要件ではない。すでに有効である可能性が高い脅威モデルへの対抗策である。

「今収集し、後で解読する（Harvest now, decrypt later：HNDL）」とは、敵対国が将来的に十分に強力な量子コンピュータが実用化された段階で解読することを目論み、暗号化された通信やデータを現時点で収集・蓄積しておくインテリジェンス戦略を指す。この戦略を実行するのに、現時点で量子コンピュータは不要であり、収集インフラとストレージ、そして忍耐があれば足りる。そのため、想定される量子コンピュータの登場時期よりも長い機密保持期間を持つデータ（外交電報、防衛調達仕様書、機密研究、数十年の保存義務がある医療記録など）は、すでにリスクにさらされていることになる。

大統領令では、敵対国が「すでに連邦政府の暗号化データを収集している可能性がある」と明記されている。また、2026年3月の調査によると、暗号専門家らは、現在の暗号を破ることができる量子コンピュータが今後10年以内に登場する確率を28〜49%と推定しており、これは同調査の7年間の歴史の中で最も高い数値となっている。

■現在の暗号を破る量子コンピュータの登場まであとどのくらいか

現在、暗号を解読できるレベルの量子コンピュータは存在しない。2024年12月に発表されたGoogleの「Willow」チップは、サーフェスコード（表面符号）を用いて、物理量子ビットを追加するにつれてエラー率を抑制することに初めて成功し、耐障害性量子コンピュータ（FTQC）に必要な理論的アーキテクチャの実証に成功した。2026年半ば時点で、同システムは検証済みのエラー訂正済み論理量子ビットを1個実証している。

米国エネルギー省（DOE）の「ジェネシス・ミッション」が掲げる、2028年末までに「100番台前半」の論理量子ビットを実現するという目標は、現在の起点から約2桁のスケールアップを意味する。これには物理量子ビット数が数十万個に達する可能性がある。

現在のNISQプロセッサは、今回のFLiBe計算のような有用な科学計算を実行できるが、エラーの蓄積が早すぎるため、暗号解読に必要な長い回路を実行することはできない。FTQCへの移行には、多くの物理量子ビットに1つの保護された「論理量子ビット」をエンコードする量子エラー訂正が必要となる。英Riverlaneの分析によると、FTQCが依存する量子エラー訂正を専門とするプロフェッショナルは世界に約600〜700人しかおらず、2030年までに最大1万6000人の専門家が必要になると予測されている。イェール大学の物理学者スティーブン・ガービン氏は、DOEの2028年のタイムラインを「非常に楽観的だが価値のある目標」と評価しつつも、研究者らは「真の耐障害性からはまだ遠い」と指摘している。

■連邦機関は10月、政府調達企業は2030年が期限に

2つの大統領令が連邦政府外の組織に及ぼす実務的な影響は、具体的かつ期限が定められている。行政管理予算局（OMB）は2026年6月24日に通達を出し、すべての連邦機関に対し、2026年10月22日までにPQC移行計画を提出するよう義務付けた。

また、大統領令に基づく連邦調達規則（FAR）の請負業者への義務付けにより、連邦調達規則評議会は2026年6月22日から180日以内に、対象となるすべての政府調達企業に対し、2030年末までにNIST（米国国立標準技術研究所）のポスト量子暗号に関する連邦情報処理基準（FIPS）に準拠することを義務付ける改正規則案を公表する予定である。

民間企業では、Googleが2026年3月に、ユーザーデータに対するHNDLリスクの評価に基づき、政府の期限より1年早い2029年までに自社のPQC移行を完了するという内部期限を発表している。政府調達契約、防衛調達データ、医療記録、または複数年の機密保持が必要な情報を扱う組織は、政府が求める準備状況の指標として、2026年10月22日の連邦機関の計画提出期限を基準に自社の移行計画を評価すべきである。

■サプライチェーン：政策だけでは即座に解決できないボトルネック

大統領令のサプライチェーンに関する規定は、現実的な脆弱性に対処するものだ。量子ハードウェアは、強固な国内サプライチェーンが存在しない特殊なコンポーネントに依存している。超伝導量子ビットに必要なミリケルビン温度に達することができる希釈冷凍機は米国以外のメーカーが主流であり、極低温ステージに必要な「ヘリウム3」は世界で最も希少な物質の一つである。また、スピン量子ビットで使用される同位体純化された「シリコン28」には特殊な濃縮能力が必要となる。

NATOの大西洋量子コミュニティが2025年5月に提出した調査では、希釈冷凍機が超伝導量子ビット開発における最も重要なサプライチェーンの脆弱性として特定され、供給が途絶すれば米国の超伝導量子研究は数カ月以内に停止すると評価されている。さらに、超伝導回路や単一光子検出器に使用されるモリブデンやインジウムに対する中国の輸出規制も、地政学的なリスクを加えている。

これに対し、2026年6月29日には、SRIインターナショナルとともに予算2000万ドル（約32億4000万円、1ドル＝162円換算）で「量子製造エンジニアリングセンター（QMEC）」が立ち上げられ、クライオスタットや精密光学部品のボトルネック解消を目指している。これは大統領令で特定された製造ギャップに対する最初の具体的な制度的対応である。

■注目ポイントQ&A

●「今収集し、後で解読する（HNDL）」とは何ですか？なぜ2030年の期限が急がれるのですか？

敵対国が将来的に高性能な量子コンピュータが実用化された段階で解読することを目的に、暗号化された通信データを現時点で収集・蓄積しておくインテリジェンス戦略です。攻撃者は現時点で量子コンピュータを持っていなくてもデータを収集できます。2030年の期限は、すでに収集されている可能性のあるデータを保護するためのものであり、5〜10年以上の機密保持が必要なデータは、量子コンピュータの実際の登場時期に関わらず、現在の暗号のままではすでにリスクにさらされています。

●ORNLとIBMは、核融合燃料の量子計算で具体的に何を達成したのですか？

オークリッジ国立研究所、クリーブランド・クリニック、IBMの研究チームは、量子プロセッサを用いて、核融合炉のブランケット材料として提案されている溶融塩「FLiBe」の9つの分子構成を計算することに成功しました。核融合関連材料に対してこの種の分子計算を量子コンピュータで行ったのは世界初です。FLiBeの分子動力学における強く相関した電子状態は、古典コンピュータでは指数関数的な計算コストがかかりますが、量子プロセッサによって直接処理することに成功しました。

●現在の暗号を破ることができる量子コンピュータの実現にはどのくらい近づいていますか？

現在、暗号を解読できる量子コンピュータは存在しません。実現には、量子エラー訂正を用いて数千の物理量子ビットから保護された論理量子ビットを構成する「耐障害性量子コンピュータ（FTQC）」が必要です。GoogleのWillowチップは2024年末時点で1個の論理量子ビットを実証しており、DOEは2028年までに数百個の論理量子ビットの実現を目指していますが、専門家は極めて野心的な目標であると見ています。なお、2026年3月の調査では、10年以内に暗号解読が可能な量子コンピュータが登場する確率は28〜49%と推定されています。

元記事: First Quantum Computation of Fusion Fuel Lands as White House Sets 2030 Clock