日本国内における超電導方式以外の量子コンピューターの研究開発をリポートする本特集。第2回は東京大学などが開発を進める光方式の量子コンピューターを取り上げる。
光方式の量子コンピューターのメリットは、量子ビットが室温で動作する点だ。超電導方式やシリコン方式のような希釈冷凍機を必要としないため、ハードの小型化が可能で大規模化する際の技術的な障壁が小さい。光通信とも相性がいい。
現在、東京大学で2種類の光量子コンピューターの開発が進む。同大学の古澤明教授の研究チームがNTTや理化学研究所などと開発を進める「時間領域多重化技術を用いた測定誘起型の光量子コンピューター」と、同大学の武田俊太郎准教授の研究チームが開発を進める「ループ型光量子コンピューター」だ。
両者とも、光回路の中を移動する光パルスを量子ビットとして使用し、量子ビットの情報を載せた光パルスに特殊な補助光パルスを混ぜ合わせた後で、量子テレポーテーションを発生させて計算を行う「量子テレポーテーション回路」を使用するところは共通する。
古澤教授が開発する測定誘起型の光量子コンピューターは、光路上に光パルスを大量に並べてあらかじめ大規模な量子もつれを準備し、一部の量子ビットを観測することによって残りの量子ビットに操作を施すという仕組みである。
武田准教授が開発するループ型光量子コンピューターは、光パルスが1個の量子テレポーテーション回路を何度もループする構造で、量子テレポーテーション回路の機能を切り替えながら、光パルスに対して様々な計算を複数ステップにわたって実行する仕組みである。
1年半後のクラウド公開を目指す
先に実機が公開される見込みであるのは、古澤教授が開発する測定誘起型の光量子コンピューターだ。古澤教授は2023年3月に行った記者説明会で、「限定された問題だけが解ける光量子コンピューターを1年半後をめどにクラウド公開する」と述べた。
古澤教授は限定された問題として、2次関数の最適化問題を挙げた。公開時点の光量子コンピューターで扱えるのは線形演算だけで、分かりやすく言うと加算と減算だけができる。今後、汎用的な計算を実行できるようにするには、非線形演算にも対応する必要がある。非線形演算については「（研究室で）成功してはいるが、発表はこれから」（古澤教授）とした。
従来型アルゴリズムも高速に計算可能
古澤教授は測定誘起型の光量子コンピューターの利点について「高速量子アルゴリズム不要」と表現する。
超電導方式など他方式の量子コンピューターは、特殊な「量子アルゴリズム」を実行する場合にのみ、現行方式のコンピューター（古典コンピューター）よりも高速な計算が可能になるとされる。その一方で、古典コンピューター向けの従来型アルゴリズムを高速に実行するのが難しい。動作周波数が古典コンピューターに比べて劣るほか、計算を処理するプロセッサーコアの数も1個に限られるためだ。
それに対して古澤教授が開発する測定誘起型の光量子コンピューターは、将来的には100GHz以上の動作周波数と、100コアに相当する並列計算が可能である見込みだ。つまり古典コンピューターよりも高速に動作し、従来型アルゴリズムを高速に計算できる可能性がある。それが古澤教授が言う「高速量子アルゴリズム不要」との意味である。
