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 新材料開発や創薬研究などへの応用が期待される量子コンピューターで、新方式の開発が加速している。量子計算に使う基本素子を半導体技術で作製する研究で、日本は世界でもトップクラスの実力を持つ。超電導やイオン(電荷を帯びた原子)を使う他方式と比べて小型化・集積化しやすく、複雑で難しい演算にも応用できると期待する。量子技術で欧米勢に後れを取る日本だが、強みの半導体製造技術を生かして巻き返しを図る。

 量子コンピューターに半導体の集積化技術を応用する「シリコン方式」は、将来の有望技術として期待されている。複雑な演算に使えるゲート型の量子コンピューターには、現在主流の「超電導方式」や「イオントラップ方式」などさまざまな方式があり、それぞれ実用化に向けた開発が進んでいる(表1)。シリコン方式は量子計算を担う「量子ビット」の制御が難しい半面、一度技術が確立すれば半導体のように多数の素子をチップに集積化でき、大規模で実用的な演算に利用できる。

表1 ゲート型量子コンピューターの主な方式と特徴
どの方式も一長一短で、実用化に達した方式はまだない(出所:日経クロステック)
方式 原理 長所 短所 組織
シリコン シリコン内の電子を利用 集積化しやすく、大型の冷却機がなくても稼働 量子ビットの制御が難しく、基本構造を検討中 米Intel、日立、産総研、理研、ベルギーimec 他
超電導 超電導物質の電荷や電流を利用 システム構築が容易、高速な演算 ノイズに弱く、大型の冷却機が必要 米IBM、米Google、 米Rigetti Computing 他
イオン トラップ 空中に浮遊したイオン上の電子を利用 量子ビットの状態が安定、室温で稼働できる 操作や集積化が難しい 米IonQ、 オーストリアAQT、 米Quantinuum 他
光子の振動を利用 ノイズに強く、室温で稼働できる 光子損失によるエラー率が多い。集積化が困難 東大、カナダXanadu、 米PsiQuantum 他
中性原子 レーザーで制御した中性原子を利用 量子ビットが安定で、室温で稼働できる 集積化が困難 米Atom Computing、 フランスPasqal 他

 大規模な量子ビットを持つ量子コンピューターは、一般的なコンピューターが苦手とする複雑な演算を高速で処理できる。素材分野や創薬分野での化学合成、金融保険分野のリスク管理、セキュリティー分野での暗号解析などへの応用を想定する。一方、量子ビットを増やして、それらを正確に制御するのは難しく、どの方式も研究の域を脱していない。

 量子ビットはノイズや誤差によるエラー(量子誤り)の影響を受けやすく、ノイズや誤りを減らせる構造の検討が重要なテーマになっている。日本の産業技術総合研究所(産総研)や理化学研究所(理研)は、シリコン量子ビットでノイズや量子誤りを減らす技術を開発している。小規模な量子ビットの開発では「理研が世界的にもトップクラスを走っている」(国内大学の教授)と評価され、将来的に基本構造の確立に役立ちそうだ。