猫量子ビット（キャット量子ビット。誤りに強い量子ビット）とは？

物理学者のシュレーディンガーが考えた、有名なたとえ話（思考実験）にちなむ名前です。箱の中の猫が、量子の決まりに従う仕掛けとつながると、生きている状態と死んでいる状態の重ね合わせになってしまう、という話です。はっきり違う2つの状態の重ね合わせは、この話にちなんで「猫状態」と呼ばれます。

猫量子ビットでは、箱（共振器）の中の光の、揺れ方がちょうど逆の2つの状態を使います。どちらも、決まった強さと、決まった揺れのタイミングを持つ、ふつうの光に近い状態です。この2つを重ね合わせた猫状態は、生きている猫と死んでいる猫のように、はっきり違う2つの重ね合わせになっています。本物の猫は、どこにも使いません。

超伝導（とても冷やすと、電気の抵抗が0になる性質）の金属で作った回路の中に、小さな箱の役をする共振器があります。共振器は、決まった速さで揺れる電波の仲間（マイクロ波）を、しばらくためておける部品です。2025年のAWSのチップでは、板の上に引いた細い線の形をした共振器を、猫量子ビットの箱に使いました。

猫量子ビットでは、この箱にためた光の、揺れ方がちょうど逆の2つの状態を0と1にします。片方の波が山のとき、もう片方は谷になっている、という関係です。量子ビットなので、0と1の重ね合わせもとれます。0と1を半分ずつ＋で重ねたものと、−で重ねたものが、2つの猫状態です。

箱の中の光の粒（光子）の数が多いほど、2つの状態の違いがはっきりして、取り違えにくくなります。2025年の実験では、光子の数の平均を1〜4個にして調べました。

0が1に入れ替わるには、箱の中の光の揺れ方が、まるごと逆にならないといけないからです。まわりの小さな乱れで、光子が1個逃げたり入ったりしても、揺れ方はまるごとは逆になりません。そのうえ、光子を2個ずつ箱に入れたり出したりする特別な回路が、光をこの2つの状態（と、その重ね合わせ）へ引き戻し続けます。この保ち方は、2014年の論文（Mirrahimi ほか）が提案したものです。光子を増やすほど2つの状態は離れるので、光子を1個増やすごとに、ビット反転は何倍にも起きにくくなります。

代わりに、位相反転は増えます。箱から光子が1個逃げるたびに、0と1の重ね方の＋と−が入れ替わるからです。光子が多いほど、逃げる回数も増えるので、位相反転の起きやすさは、光子の数にほぼ比例して増えます。

2025年のAWSの実験では、光子の数の平均が2個のとき、ビット反転が起きるまでの時間は1ミリ秒（1000分の1秒）より長く、位相反転は27〜33マイクロ秒（100万分の30秒ほど）でした。ビット反転の方が、30倍以上起きにくい計算です。このように、誤りが片方の種類に大きくかたよっていることが、猫量子ビットの強みです。

猫量子ビットを1列に並べ、列全体で1つの情報を覚えさせます。このように、たくさんの部品で覚えた1つの情報を、論理量子ビットと呼びます。となりどうしの猫量子ビットの間には、見張り役の量子ビット（ふつうの超伝導の量子ビット）を置きます。見張り役は、中身は読まずに、となりの2つが同じかどうかだけを調べます。どこで食い違ったかから、どの猫量子ビットで位相反転が起きたらしいかを、計算で見積もります。この並べ方を、繰り返し符号（リピティション・コード）と呼びます。

繰り返し符号が直せるのは、1種類の誤りだけです。ふつうの量子ビットで2種類の誤りを両方直すには、量子ビットを面に並べる表面符号などを使い、多くの部品が要ります。猫量子ビットはビット反転がとても起きにくいので、1列で済みます。猫量子ビットを1列の繰り返し符号で使う考え方は、2019年の論文（Guillaud と Mirrahimi）が示しました。

AWSは、5個の列（符号の距離5）なら、猫量子ビット5個と見張り役4個の、9個の量子ビットで済むと説明しています。符号の距離は、いくつの誤りが重なっても見分けられるかの目安で、1列のしくみでは、並べた猫量子ビットの数が距離になります。同じ距離の表面符号では49個要るので、その5分の1より少ない数です。このほかに、猫量子ビットを2つの状態に保つ回路が5つあります。

2025年2月、AWS（アマゾン ウェブ サービス）の研究者たちが、Nature に論文を出しました。AWS は、このチップを Ocelot（オセロット）と名付けて発表しています。チップの上で、猫量子ビット5個の列（距離5）と、その中の重なりの少ない3個ずつの列2つ（距離3）で、1つの情報をとっておく実験をしました。

位相反転は、調べたどの光子の数でも、列を3個から5個に長くすると減りました。部品を増やして全体の誤りが減るのは、部品1つ1つの誤りが十分に少ないときだけなので、位相反転については、その条件を満たしていたことになります。一方、ビット反転は、列を長くすると増えました。1列のしくみはビット反転を直せないので、列のどれか1個でビット反転が起きると、列全体の情報がまちがいます。列が長いほど、そうなりうる場所が増えるからです。それでもビット反転は、光子を増やすと減り、5個の列でも、光子の平均4個で、見張り1回あたり1%より少なくなりました。

2種類を合わせた残る誤りの、いちばん少ない値は、見張り1回あたり、3個の列で平均1.75%、5個の列で1.65%でした（5個の列は、光子の平均が約1.5個のとき）。5個の列は、誤りが起きうる場所が多いのに、3個の列と同じくらいに抑えられた、と論文は書いています。見張り1回は約2.8マイクロ秒です。

ただ、実用はまだ先です。今の誤りの多くは、猫量子ビットそのもののビット反転と位相反転から来ています。また、繰り返し符号ではビット反転を直せないので、列をいくら長くしても、ある所より先は誤りが減りません。論文は、いずれ、見張り役が引き起こすビット反転も直す必要があり、そのためには、かたよった誤りに合わせた表面符号に猫量子ビットを組み込めばよい、と書いています。AWS は、このやり方を大きくすれば、誤りを直すのにかかる費用を、今のやり方より最大90%減らせると言っていますが、これは会社の見込みで、Ocelot はまだ試作品です。

猫量子ビットを作っている、パリの会社 Alice & Bob の研究者たちは、2026年10月に、今よく使われる暗号の1つ RSA-2048 を、量子コンピューターで破るのに要る部品を見積もりました（ほかの研究者の確かめをまだ受けていない論文で、会社の見積もりです）。猫量子ビット約2万3000個（2万2593個）で、約3.14日かかる、という見積もりです。

この数には、前提があります。見張り1回を1マイクロ秒、見張りの結果から次の操作を決めるまでを10マイクロ秒とし、回路の操作1回ごとに位相反転が2000回に1回の割合で起き、ビット反転は起きない（ビット反転までの時間が約100年に当たる）とした計算です。ビット反転が約1時間に1回起きる場合は、ビット反転を直す小さな符号を重ねる必要があり、約4万5000個に増える、としています。

論文で確かめられた、ビット反転までの時間は、2025年のAWSのチップの猫量子ビットで1ミリ秒より長く、2024年の、1個だけの猫量子ビットで10秒より長い、という値です。見積もりは、これらよりずっと長い時間を前提にしています。見張り1回も、2025年の実験では約2.8マイクロ秒で、前提の1マイクロ秒より長くかかっています。

ふつうの量子ビットと表面符号を使う方式では、Google Quantum AI の Gidney が2025年に、100万個より少ない量子ビットで、1週間より短い時間で破れる、と見積もっています（操作の誤りを0.1%、見張り1回を1マイクロ秒などとした前提）。部品の種類も前提も違うので、数をそのまま比べることはできません。どちらも、まだ作られていない機械の見積もりです。