XanaduとHyperLightは2026年11月10日、光量子計算に用いる光スイッチの挿入損失を7 mdB（0.007 dB）まで低減したと発表した。光スイッチは、量子情報を担う光子の進路を切り替えるための部品だ。2025年に公表した約20 mdBと比較すると、損失値は約3分の1に減少した。7 mdBを透過率に換算すると約99.84%に相当し、1回の通過で失われる光は約0.16%にとどまる。こうした低損失化は、多数の光スイッチを使用する光量子コンピューターの大規模化に向けて重要な進展となる可能性がある。ただし、今回発表されたのは部品単体の測定結果であり、量子コンピューター全体の性能向上が実証されたわけではない。
光スイッチの損失を約20 mdBから7 mdBに低減
両社が開発に使用したのは、薄膜ニオブ酸リチウム（TFLN）を用いた光スイッチだ。XanaduとHyperLightは11月10日の発表で、HyperLightの「TFLN Chiplet」プラットフォームを活用し、大量生産に対応したウェハー製造ラインで7 mdBという低損失を実証したと説明している。これはシミュレーション上の予測値ではなく、実際に製造した部品の測定結果として報告された数値である。
比較対象となる2025年7月29日の発表では、スイッチの挿入損失は約20 mdBとされていた。当時も大量生産に対応する施設で得られた成果として紹介されており、今回の進展は量産対応の製造基盤を初めて利用したことではなく、同様の製造基盤を使ってさらに低い損失値を達成した点にある。ただし、2025年と2026年の測定条件が同一だったかどうかは明らかにされていない。そのため、公表値の差がそのまま同一条件で測定した改善幅を示すとは限らない。また、今回の7 mdBという測定結果について、対応する学術論文は発表資料に示されておらず、現時点では企業のプレスリリースに基づく報告である。
光量子コンピューターで光子の損失が重要になる理由
挿入損失とは、光の伝送経路に部品を組み込んだ際に発生する損失を表す指標である。光スイッチでは、光子の進路を切り替える際に、どれだけの光を失わずに通過させられるかを評価するために使われる。数値が小さいほど損失が少なく、光を効率よく伝送できる。
光量子計算では、光子そのものが量子情報を担うため、通常の光通信とは異なる制約がある。一般的な光通信では、伝送中に弱くなった光信号を光増幅器などで補うことができるが、量子情報を持つ光子に同じ方法をそのまま適用すると、量子状態が損なわれるおそれがある。そのため、光量子コンピューターでは、光子を目的の経路へ正確に導くことに加え、その過程で失われる光子をできる限り減らすことが求められる。XanaduとHyperLightが光スイッチの低損失化を重視するのも、こうした量子情報特有の制約があるためだ。
さらに、光子が複数のスイッチを通過する場合、それぞれの素子で発生する損失が積み重なる。1個のスイッチではわずかな差であっても、通過する素子の数が増えれば、最終的に残る光の割合には大きな違いが生じる。光量子コンピューターの大規模化に向けては、単一の素子の性能だけでなく、多数の素子を組み合わせた際の累積損失を抑えることが重要になる。
7 mdBは透過率99.84%に相当、100回通過すると差は拡大
mdBはミリデシベルを意味し、1 mdBは0.001 dBに相当する。したがって、前年の約20 mdBは約0.020 dB、今回の7 mdBは0.007 dBとなる。デシベルは対数尺度であるため、7 mdBという数値が光の7%を失うことを意味するわけではない。損失をdB単位で 、光の透過率を とすると、両者の関係は次の式で表される。
\[ T = 10^{-L/10} \]
この式を使うと、7 mdBの透過率は約99.84%、20 mdBでは約99.54%となる。以下の表は、2025年の公表値と2026年の公表値を基に、XenoSpectrum編集部が透過率を計算したものだ。100回通過した場合の数値は、同じ損失のスイッチを100回通過し、それ以外の損失が発生しないと仮定して求めている。両年の測定条件が同一であることを前提とした性能比較試験ではない。
| 公表時点 | スイッチの挿入損失 | 1回通過時の透過率 | 100回通過時の透過率（仮定計算） |
|---|---|---|---|
| 2025年7月29日 | 約20 mdB（約0.020 dB） | 約99.54% | 約63.1% |
| 2026年11月10日 | 7 mdB（0.007 dB） | 約99.84% | 約85.1% |
1回の通過で失われる光の割合は、20 mdBでは約0.46%、7 mdBでは約0.16%となる。両者の差は約0.30ポイントにすぎないが、同じ損失が繰り返し発生する場合、その影響は無視できなくなる。100回通過する場合の累積損失は、それぞれ約2.0 dBと0.7 dBに相当し、透過率は次の式で計算できる。
\[ T_{100} = 10^{-100L/10} \]
この仮定では、20 mdBのスイッチを100回通過した後に残る光は約63.1%だが、7 mdBなら約85.1%を維持できる。つまり、単一のスイッチでは約0.3ポイントの透過率の差が、100回の通過後には約22ポイントまで拡大する計算だ。今回報告された損失低減の意義は、こうした累積損失の抑制にある。ただし、これらは公表された挿入損失を使った単純な換算例であり、実験結果や量子コンピューターの動作シミュレーションではない。実際の装置が100段のスイッチを使用することを示すものでもなく、光子数や計算速度、計算精度の改善幅を予測した数値でもない。
なお、XanaduとHyperLightは2025年の発表で、導波路の伝搬損失が2 dB/m未満であることも報告していた。これは光が導波路を一定の距離だけ伝わる際に発生する損失であり、光スイッチの挿入損失とは異なる指標だ。今回の7 mdBという値から、新たな導波路の伝搬損失をdB/m単位で逆算することはできず、両者を混同しないことが重要である。
量産化に向けて残る課題、量子コンピューター全体への効果は未検証
XanaduとHyperLightは今回、製造歩留まりや再現性についても高い水準を達成したと評価している。歩留まりとは、製造した素子のうち、定められた品質基準を満たすものの割合を指す。ただし、具体的な歩留まりの数値や、複数の素子における挿入損失の分布は公表されていない。大量生産に対応する製造ラインを使用したことと、量産した多数の素子で安定した品質を確保できることは、区別して評価する必要がある。
また、今回報告された7 mdBが、測定した素子の平均値なのか、代表値なのか、あるいは最も良好な結果なのかも明らかではない。測定対象となった素子数や測定誤差に加え、使用した光の波長、動作温度、スイッチの駆動条件なども示されていない。量産時にどの程度の低損失性能を期待できるかを判断するには、こうした条件と複数素子の測定結果を対応づけたデータが必要となる。両社による再現性の評価についても、現時点で確認できる資料には、独立した第三者による追試結果は示されていない。
XanaduのCEOであるChristian Weedbrook氏は、今回の成果によって製造コストの採算性が改善し、装置の設置面積も縮小できるとの期待を示している。ただし、これは将来的な効果についての見通しであり、今回の実験で実証された結果ではない。測定されたのは光スイッチの挿入損失という部品単体の特性であり、その改善が量子コンピューター全体の製造コストや設置面積、計算時の誤り率にどの程度影響するかは、まだ明らかになっていない。
光子の損失を抑えることは、複雑な光回路を構成し、光量子コンピューターの規模を拡大するうえで重要な技術課題の一つだ。今回の7 mdBという数値は、その課題に対する部品レベルでの進展を示している。一方、実用化に向けては、必要な動作条件の下で同じ性能を安定して再現できるか、多数の素子を組み合わせても低損失を維持できるかを確認する必要がある。今後、素子ごとの性能分布や量子計算機全体での検証結果が公表されれば、今回の成果が実際の計算性能や製造上の利点にどこまでつながるのかを、より具体的に評価できるだろう。
