イオントラップ型量子プラットフォーム開発企業であるIonQ（NYSE: IONQ）は、secp256k1曲線上の256ビット楕円曲線離散対数問題（ECDLP）を解くためにShorのアルゴリズムを実行する、完全にコンパイルされたエンドツーエンドの設計図を提供するアーキテクチャ資源見積もり研究を発表した。量子低密度パリティ検査（qLDPC）符号に基づくフォールトトレラントな「Walking Cat」アーキテクチャの最適化版を用いることで、この研究は19,397個の物理量子ビットからなる物理デバイスが、Bitcoinおよびより広範なブロックチェーンインフラを支える暗号曲線であるsecp256k1の離散対数を、1回の試行あたり25.7日、ヒューリスティックな単一実行成功確率63.3%で解けることを実証している。
論理回路層において、研究チームは、インプレース乗算のための条件付き反転加算器とKaratsuba分割型モジュラー二乗器を組み合わせることで、擬似メルセンヌ素数向けの点加算算術回路を最適化した。これらの最適化により、実行に必要な要件は、これまでのベースライン上限であった5,800万個のToffoliゲートから、1,457個の論理量子ビットと3,900万個のToffoliゲート（2億7,300万個のT状態を消費）にまで削減された。計算誤差の蓄積を防ぐため、この研究は、あらゆるモジュラー算術演算における位相および計算基底の近似誤差を組み込んだ上で、少なくとも1 – 2^-128の信頼度で成り立つアルゴリズム成功確率の厳密な数学的下限を導出している。
逐次的なToffoliゲートを用いると実行時間が400日を超えてしまうという実行時のボトルネックを克服するため、IonQは個々のT-ゲートからToffoliを合成するのではなく、qLDPCメモリ内で直接CCZ状態を生成する2段階のマジック状態工場を導入した。深さ1のCCZ状態注入、重複のないcat状態測定チャンネル、そしてパイプライン化された論理CliNRプロトコルによるCliffordフレームのクリアリングと組み合わせることで、このアーキテクチャはToffoli実行時間を31倍高速化し（1ゲートあたり29.5ミリ秒まで短縮）ている。このシステムは、1,276個の物理量子ビットを消費する4つのCCZ工場を使用し、平均生産時間28ミリ秒未満で継続的な状態供給を実現している。
コンパイラのツールチェーンは、ルーティングのオーバーヘッド、Clifford演算、あるいはハードウェアのデコヒーレンスを抽象化して省略することなく、物理層の実行制約をモデル化している。このコンパイルパイプラインは、2次元イオンシャトリング、物理量子ビットの輸送、シンドローム抽出スケジュール、そして専用のビーコン量子ビットを不要にするLeakage and Loss Reduction Units（LLRU）を用いた特殊なSwap-Lossモデルを考慮に入れている。高密度なQ102 qLDPCメモリブロック（102個のデータ量子ビットに22個の論理量子ビットを符号化）は統合ルーティングと組み合わされ、総ルーティングオーバーヘッドをエンドツーエンドの実行ランタイムの5%未満に抑えている。
この発表は、認証、コード署名、信頼のルート階層を統括する楕円曲線デジタル署名アルゴリズム（ECDSA）が将来的に脆弱性を抱える可能性を強調しており、署名の危殆化は遡及的な復号の脅威というよりも、将来を見据えた悪用リスクをもたらすものであると指摘している。IonQは、ML-DSAやSLH-DSAといったポスト量子署名標準は数学的には影響を受けないままであると述べ、2028年頃を目標とするフォールトトレラントなハードウェアシステムのロードマップに先んじて、企業に移行を進めるよう促している。
公式プレスリリースはこちら、技術研究論文全文はこちらからご覧いただける。フォールトトレラントなイオントラップ型および中性原子型の設計図に関する以前の記事はこちら、そしてオリジナルのWalking Catアーキテクチャに関する分析はこちらをご参照いただきたい。
2026年9月8日
