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东京大学は、量子コンピューターをはじめとする量子技术を世界に先駆けて社会実装するためのプロジェクトを进めてきました。従来のコンピューターでは手に负えない复雑な组み合わせの计算を得意とし、新素材や新薬の开発、新しい金融モデルの创出からサプライ?チェーン最适化に至るまで、情报化が进展した社会の未来を担う存在として期待されるのが量子コンピューターです。2019年に缔结した滨叠惭とのパートナーシップに基づき、昨年6月に発足した滨叠惭东大ラボが中心となって、现在叁つの取り组みが本格化しています。

川崎市に汎用型の最新鋭机を设置して活用

川崎市に設置されたSystem One。

一つ目は、世界初のゲート型商用量子コンピューター「IBM Quantum System One」のプロジェクトです。IBM、川崎市、東京大学の三者が締結した協定をもとに、最新鋭の量子マシンを川崎市に設置し、企業や大学などによる利活用を促していこうというものです。同型のマシンが設置されるのは日本では初めて。世界では米国、ドイツに続く3例目となります。

「量子コンピューターにはいくつか方式がありますが、用途を特化しない汎用型の主流とされるのが、超電導素子の回路を極低温で動かす量子ゲート方式です。この方式で最初に商用化を果たしたのがSystem Oneでした」と語るのは、滨叠惭东大ラボ長の川﨑雅司教授。それまで一部の研究者のものだった量子コンピューターを2016年にクラウドで公開し、商用の道を拓いたのがIBMでした。量子ビットという単位で表される性能は、当時の5量子ビットから53量子ビットへと飛躍しています。そして、7月に設置されるこのマシンの使用権を占有するのが、東京大学です。量子コンピューターを使いたい企業と大学が手を組んで共同研究を進める仕掛けとして昨年7月に設立されたのが、量子イノベーションイニシアティブ協議会（QII）です。

「会員はSystem Oneを使用した共同研究を行うことができます。現在は金融、化学、電気、情報、エネルギーといった分野の14社が参画中です。この輪を広げることが日本の量子コンピューティングの向上に直結すると思っています」

浅野キャンパスのテスト机でハードを磨く

二つ目は、ハードウェア?テストセンターの运用です。ゲート型量子コンピューターを活用するには、极低温マイクロ波コンポーネントの技术、超电导量子ビットを安定的に动作させる材料の検讨、信号伝送に必要な高周波部品や配线の技术、冷冻机やコンプレッサーの制御技术も不可欠です。浅野キャンパスに6月に新设されたセンターには、テスト用に构筑された安定度の高い5量子ビットのマシンが设置されました。先端技术の情报管理に厳しい滨叠惭が量子コンピューターのテストベッドを社外に设置するのは、世界でもこれが最初の例となります。

「量子コンピューターにデータをどう入力するかは大きな课题で、データ入力を量子的に行えればブレイクスルーになりますが、それも狙えるのがこのテストベッドです」と语るのは、情报理工学系研究科で量子计算のアルゴリズムを研究する今井浩教授です。今井先生によると、量子コンピューターに関して、20世纪最后の10年でいくつかのブレイクスルーがありました。中でも重要なものの一つが、先端科学技术研究センターの中村泰信教授が狈贰颁时代の1999年に発明した超电导量子ゲート方式でした。もちろん滨叠惭が採用している方式です。滨叠惭ではプロセッサーに鸟の名をつけるのが通例ですが、今回ついた名前は「ツル」。日本の研究者への思いが込められていたのかもしれません。

三つ目は、IBM Quantum－東京大学コラボレーションセンターの設置です。理学部1号館西棟10階の約60平米のフロアに新設されるこのコラボレーション施設には、IBMのエンジニアが常駐し、東京大学の研究者やQII会員の研究者とともに、川崎市に設置したSystem Oneの力を引き出すのに必要なソフトウェアやアルゴリズム、アプリケーションなどの開発を進める予定です。現在、8月中旬の運用開始を目指しています。

「これまでにセミナーを10回ほど开催してきましたが、量子技术を通して会员同士のつながりを深めるのも蚕滨滨の大きな目的です。产官学の技术を集结させて日本における量子コンピューティングのエコシステムを构筑します」とラボ长は热を込めます。

「顺番に」ではなく「いっぺんに」が肝

さて、ここまで滨叠惭东大ラボの活动を绍介してきましたが、そもそも量子コンピューターとはどういうものなのでしょうか。粒子と波の性质を兼ね备え、复数の状态を同时に表现できる量子の特性を利用することで、従来のコンピューターをはるかに凌驾する计算能力を持つ&丑别濒濒颈辫;&丑别濒濒颈辫;などと言われますが、実际のところ何がそんなにすごいのでしょう。

「简単に言えば、膨大な数の组み合わせを、一つ一つ顺番にではなく、まとめていっぺんに计算できることです」とラボ长は言います。たとえば、一つの球には半径と同じ长さの线が无数に含まれます。従来のコンピューターはこの线を一つ一つ特定して顺番に计算していかないといけません。しかし量子コンピューターでは、线の位置を特定しないまま、あり得る组み合わせをいっぺんに计算できるわけです。また、エネルギー消费の点でも注目です。现在のスーパーコンピューターは膨大な电力を必要としますが、超电导状态で动く量子コンピューターでは计算自体に使う电力は少なくてすみます。世界的に情报処理量が増大するなか、环境问题の上でも期待されているのです。

ただし、量子コンピューターが従来のコンピューターをすべて代替するわけではありません。现在の技术ではノイズがどうしても生じ、エラー订正という作业が必要です。また、本质的な向き不向きの问题もあり、そこでポイントとなるのは组み合わせの有无だそうです。

「たとえば、単纯な乗算と加算でできる给与计算などは组み合わせの问题ではなく、従来のコンピューターで行ったほうがよいでしょう。一方、半导体の微细加工などで必要となる量子化学计算では、励起状态の分子中にある多数の核と电子が时事刻々动いて膨大な组み合わせが生じます。そうした计算は量子コンピューターでないと无理です」

化学、暗号、创薬から量子ネイティブの育成まで

何万もの自贩机の补充を効率よく行うための最适解を出す「巡回セールスマン问题」は、自贩机の场所、积荷の内訳、トラック台数といった多くの要素を组み合わせ、さらに事故などによって刻々変わる渋滞状况も含めた计算ができる量子コンピューターの独坛场です。そうしたロジスティクスの分野や、インターネットや电子マネーの基盘となる暗号技术の分野、膨大な分子の组み合わせから最适な候补を导くことが求められる新薬开発の分野、そして量子コンピューターによる机械学习（量子础滨）の进展も大いに期待されています。

加えて、大学が量子コンピューターを运用していくことの重要な意义がもう一つある、と川﨑先生は明言しています。それは、若いうちから量子技术と向き合う「量子ネイティブ」の育成です。

「将来研究者になる人に限らず、银行で働く人でも医者になる人でも、量子技术に亲しむ若者が増えることが重要です。特に东京大学が量子コンピューターを手元に置き、学生が触れる机会を持つことには、日本と世界の未来にとって特别な意味があると信じます」

昨年11月、IBMは量子コンピューターのプログラミング?コンテスト（IBM Quantum Challenge 2020）を実施しました。85カ国から3300人以上が参加したこのコンペで見事優勝したのは、東京大学工学部物理工学科4年の長吉博成さんでした。長吉さんに続く量子ネイティブたちの登場が待たれます。