【量子コンピューターとは？】仕組み・米国(Google/IBM)と国産開発の最前線・関連銘柄

① 量子コンピューターとは何か

量子コンピューターは、量子力学の「重ね合わせ」や「もつれ」といった性質を利用して計算を行う、従来とは原理の異なる計算機です。現在のパソコンやサーバーが情報を「0か1」のビットで扱うのに対し、量子コンピューターは「0でも1でもある状態」を同時に表現できる量子ビット（qubit）を使い、特定の問題で桁違いの計算能力を発揮しうるとされています。

ただし、すべての計算が速くなるわけではありません。素因数分解、組み合わせ最適化、量子化学計算（分子シミュレーション）など、特定の領域で古典コンピューターを大きく上回る可能性があると考えられており、創薬・材料開発・金融・物流といった分野での応用が期待されています。

①-2 量子コンピューターの基本原理をやさしく理解する

量子コンピューターを理解する鍵は、「重ね合わせ」「もつれ」「干渉」という三つの量子力学的な性質です。従来のコンピューター（古典コンピューター）が情報を0か1のビットで扱うのに対し、量子コンピューターは0と1を同時に重ね合わせて持てる量子ビット（qubit）を使います。

重ね合わせ――0と1を「同時に」持つ

古典ビットがコインの「表」か「裏」のどちらかであるのに対し、量子ビットは回転中のコインのように「表でも裏でもあります」状態を取れます。これを重ね合わせと呼びます。n個の量子ビットがあれば2のn乗通りの状態を同時に表現でき、量子ビットを増やすほど扱える情報量が指数関数的に増えるのが、量子コンピューターの圧倒的な並列性の源泉です。

量子もつれ――離れたビットが連動する

複数の量子ビットを特別な状態にすると、一方を測定した瞬間にもう一方の状態が決まる「量子もつれ（エンタングルメント）」が生じます。この相関を使うことで、古典コンピューターでは表現できない複雑な計算を効率よく行えます。

干渉――正しい答えを浮かび上がらせる

量子計算では、波のように振る舞う確率振幅を干渉させ、誤った答えを打ち消し、正しい答えの確率を高めます。量子アルゴリズムの本質は、この干渉を巧みに設計することにあります。

①-3 量子コンピューター開発の歴史――理論から実機まで

量子コンピューターは一夜にして生まれた技術ではありません。物理学者の理論的な提唱から始まり、アルゴリズムの発見、そして実機の登場へと、約40年をかけて発展してきました。主要な節目を年表で整理します。

② なぜいま量子コンピューターが注目されるのか

注目が高まっている背景には、大きく3つの流れがあります。第一に、生成AIの普及で計算需要そのものが爆発的に伸び、「古典コンピューターの延長線上にない計算手段」への関心が高まっていること。第二に、量子ビットの誤りを訂正する「誤り訂正（エラーコレクション）」技術が実証段階に入り、実用化のロードマップが具体的に語られるようになったこと。第三に、各国政府が経済安全保障・技術覇権の観点から国家戦略として大規模な投資を始めたことです。

日本政府は2025年を「量子産業化元年」と位置づけており、研究段階から産業利用への橋渡しが政策的にも後押しされています。こうした「研究から産業へ」という局面の変化が、関連銘柄への関心を押し上げる一因となっています。

③ 米国の開発動向――「Googleが最初に成功」は本当か

「アメリカのGoogleが量子コンピューターの開発にいち早く成功した」という話を耳にすることがあります。これは半分正しく、半分は注意が必要な表現です。

正確には、Googleは2019年に「量子超越性（quantum supremacy）」――特定の計算課題で世界最高のスーパーコンピューターを上回ったとする主張――を世界で初めて公表した企業です。この点で「いち早く成果を示した」のは事実です。一方で、これは「実用的な量子コンピューターが完成した」という意味ではなく、あくまで限定的なベンチマーク上の優位であり、当時から他社・研究者による検証や異論も存在しました。

その後Googleは、2024年末に量子チップ「Willow」（105量子ビット）を発表し、量子コンピューター最大の課題とされる誤り訂正で大きな前進を示しました。さらに2025年10月には「Quantum Echoes」と呼ぶアルゴリズムで、古典スーパーコンピューター比で大幅な高速化を達成したと発表し、「検証可能な量子優位（verifiable quantum advantage）」を主張しています。つまりGoogleは先行者であると同時に、いまも開発競争の最前線にいる一社、という整理が実態に近いといえます。

米国の主要プレイヤー

米国では多数の企業が異なる方式で競っており、「Google一強」ではありません。代表的なプレイヤーは以下の通りです。

④ 日本（国産）の開発動向

日本でも、超伝導方式を中心に国産機の開発が着実に進んでいます。経済産業省や大学・研究機関の公表資料によると、おおむね次のような歩みです。

開発の中心にいるのが理研と富士通の連携で、超伝導量子コンピューターの量子ビット数を着実に拡大しています。国産機はクラウド経由で外部のユーザーも利用できるようになっており、研究用途から産業応用への裾野が広がりつつあります。政府も量子を国家戦略技術と位置づけ、産業化に向けた環境整備を進めています。

④-2 量子ビットの主な方式――超伝導・イオン・冷却原子・光・半導体

量子ビットをどう物理的に実現するかには複数の方式があり、それぞれ得意・不得意があります。現在の主流は超伝導方式ですが、日本では多様な方式が並行して研究されています。

④-3 Google以外の取り組み――日本の企業・大学・国家戦略

量子コンピューターの開発はGoogleやIBMだけのものではありません。日本でも、国の戦略のもとで研究機関・大学・企業が役割を分担しながら、世界でも有数の取り組みを進めています。

国産機の系譜――理研・富士通・大阪大学

日本の超伝導型国産量子コンピューターは、報道・公表資料によれば次のように整備が進んでいます。国産1号機は理化学研究所が2023年3月に稼働（64量子ビット）、開発は量子コンピュータ研究センターの中村泰信センター長らが主導しました。2号機は富士通が2023年10月に稼働（64量子ビット）し、2025年4月には256量子ビット機へと大規模化。3号機は大阪大学が2023年12月に稼働させ、「純国産」開発として注目されています。

NTT・東芝など――光量子と量子暗号

NTTは光を用いた量子計算や、光電融合（IOWN構想）と結びついた次世代基盤の研究を進めています。大阪大学の量子情報・量子生命研究センターとの連携も報じられています。東芝は量子暗号通信や、量子的発想を取り入れた組合せ最適化マシン（シミュレーテッド分岐マシン）などで存在感を示しています。

裾野を支える企業――浜松ホトニクスなど

量子コンピューターは本体だけでなく、計測・制御・冷却といった周辺技術が不可欠です。浜松ホトニクスは2025年8月、量子コンピューター向けの多画素・高感度カメラなどの開発を発表し、NEDOの研究開発事業に採択されています（報道によれば助成規模は約30億円）。こうした計測・部材の企業群が、日本の量子エコシステムの裾野を支えています。

国家戦略――SIP・量子エコシステム

政府は内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）「先進的量子技術」や量子技術イノベーション戦略のもとで、超伝導・シリコン・光量子・イオントラップ・冷却原子など複数方式の研究を後押ししています。内閣府の資料では、実用化の最大の課題である「誤り訂正（量子エラー訂正）」技術の研究開発が進み、日本のハードウェアベンダーは誤り耐性量子コンピューター（FTQC）で優位性を持ちうると位置づけられています。

④-4 日本企業の開発体制を企業別に詳しく――富士通・NTT・日立・NEC・東芝ほか

量子コンピューターは「どの物理方式で量子ビットをつくるか」で開発主体がはっきり分かれます。日本では富士通が超伝導、NTTが光量子、日立がシリコン、NECが量子アニーリングと、主要企業が異なる方式に役割分担で取り組んでいるのが特徴です。ここでは各社の取り組みを、報道や公表資料をもとに企業別に整理します。

富士通――理研と組む超伝導の「国産本命」

富士通は2021年に理化学研究所と「理研RQC-富士通連携センター」を設立し、2023年10月に64量子ビット機、2025年4月には256量子ビットの超伝導量子コンピューターを開発したと発表しました。ジェトロや学会誌の報道によれば、これは外部ユーザーが実際に利用できる実機としては発表時点で世界最大級とされます。富士通は2030年前後に1万量子ビット超の超伝導機を実現するロードマップを公表しており、国産の超伝導路線では中核的存在です。

NTT――光量子とIOWNで「常温・大規模」を狙う

NTTは光を使う量子方式に注力しています。報道によれば、東京大学発のスタートアップOptQCと連携し、光量子方式で2030年に100万量子ビット規模の実現を掲げています。光方式は超伝導のような極低温の冷却が要らず、NTTが推進する光電融合基盤「IOWN」とも親和性が高い点が特徴です。大阪大学の量子関連センターとの連携も報じられています。

日立製作所――シリコン方式で半導体の強みを生かす

日立はシリコン（スピン）量子ビットに取り組んでいます。報道によれば、理研やベルギーの半導体研究機関imecと協業し、2030年前後にシリコン方式で1,000量子ビット規模を目指すとされます。シリコン方式は既存の半導体製造技術を応用できる可能性があり、量産・集積の観点から長期的に有望と位置づけられています。

NEC・東芝――アニーリングと「疑似量子」での実用化

NECは量子アニーリングや超伝導方式の研究を続け、組合せ最適化など産業応用に力点を置いています。東芝は、量子的な発想を取り入れた組合せ最適化マシン「SQBM+」や量子暗号通信で存在感を示しています。これらは汎用の量子ゲート計算機とは異なる「実用先行」のアプローチで、現時点で具体的な業務に使える点が特徴です。

⑤ 量子コンピューターを支える技術の裾野

量子コンピューターは「チップ」だけで動くわけではありません。極低温に冷やすための冷凍機、配線・制御エレクトロニクス、光通信・光部品、制御ソフトウェアなど、多くの周辺技術が必要です。日本企業はこうした「縁の下」の領域に強みを持つケースが多く、関連銘柄を考えるうえでも重要な視点になります。

⑥ 量子コンピューター関連の主な国内銘柄

ここからは、量子コンピューターに関連する事業を持つ国内の上場企業を整理します。重要な前提として、現時点で「量子コンピューター専業」といえる大型の上場企業は国内にほぼ存在せず、いずれの企業も量子は事業全体の一部です。株価が量子だけで動くわけではない点に注意してください。

関連銘柄を「層」で整理する

⑦ 主要関連銘柄の指標一覧

以下は、上記の関連銘柄の株価・指標を一覧にしたものです。株価・時価総額・PER・PBR・配当利回りはいずれも2026年6月18日時点の株探調べです。「－」はデータが取得できなかった項目を示します。

⑧ 主な関連銘柄の特徴

富士通（6702）

理研と連携して国産2号機・256量子ビット機を開発した、国内の量子コンピューター開発の中心企業の一つです。ただし本業はITサービス・システムインテグレーションが中心で、量子は将来の成長分野という位置づけです。

日立製作所（6501）／NEC（6701）

いずれも量子コンピューターや量子関連技術の研究開発に取り組む総合電機・ITの大手です。事業が多角化しているため、量子のニュースが業績全体に与える影響は限定的で、株価は社会インフラやITサービスなど主力事業の動向に大きく左右されます。

QDレーザ（6613）

量子ドットレーザーなど光半導体・レーザー技術を手がける企業で、光関連の量子技術との関連で注目されることがあります。一方で規模が小さく、業績の振れや株価のボラティリティが大きい点には留意が必要です。

住友重機械工業（6302）

量子ビットの動作に不可欠な極低温環境をつくる冷凍機・超電導関連の技術を持つ重工メーカーです。量子は事業の一部で、主力は機械・建設機械・環境設備など多岐にわたります。

フィックスターズ（3687）

ソフトウェアの高速化・最適化を得意とし、量子コンピューティングやアニーリング向けのソフト・サービスにも取り組んでいます。テーマ性が強く意識されやすい一方、時価総額が小さく株価変動も大きくなりやすい銘柄です。

浜松ホトニクス（6965）： 光センサーや光検出器の世界的メーカー。量子コンピューターの計測・制御や、光量子方式の研究を支える光デバイスで関連します。2025年にはNEDO事業で量子コンピューター向けカメラなどの開発が採択されたと報じられており、量子の「裾野」を支える銘柄の一つです。ただし本業は産業・医療・分析向け光部品が中心で、量子は事業の一部です。

⑨ 投資する際の注意点

⑩ まとめ

量子コンピューターは、米Googleの量子超越性主張（2019年）やWillow（2024年）、IBMの大型投資、そして理研・富士通の256量子ビット機（2025年）など、「研究」から「産業化」へと局面が移りつつあるテーマです。日本政府も2025年を量子産業化元年と位置づけ、国を挙げた取り組みが本格化しています。

一方で、実用化までの時間軸は長く、国内に純粋な専業大型株は乏しいのが現状です。関連銘柄に関心を持つ場合も、各社の本業や財務、株価指標を冷静に確認したうえで、テーマの過熱には十分注意したいところです。