理研が先駆けた新型光量子コンピュータを開発、未来の計算を加速

理化学研究所が実現した新型光量子コンピュータ

日本の理化学研究所（理研）量子コンピュータ研究センターは、画期的な光量子コンピュータを開発しました。この技術は、理研と東京大学、NTT、そして株式会社Fixstars Amplifyの共同研究の成果です。この新型コンピュータは、汎用型光量子計算のためのプラットフォームとして位置付けられています。

光量子コンピュータの特徴

光量子コンピュータは、量子力学の原理を用いて計算を行います。これまでの量子コンピュータと比べ、高速で大規模な計算能力を持つことが期待されており、さまざまな問題に対して効率的に解決を提供します。理研量子コンピュータ研究センターは、2023年に超伝導型量子コンピュータを公開した後、今回の光方式による新型コンピュータの開発に成功しました。

光方式の量子コンピュータは、従来のモデルと比較して、動作周波数が数百テラヘルツ（THz）に達することができ、ほぼ常温での運用も可能です。また、光の特性を活かすことで、効率的な光通信ネットワークの構築が容易になるという利点もあります。この新技術は、国内の量子計算プラットフォームの拡充に貢献し、国際競争力の向上につながることが期待されています。

研究の背景と歴史

量子コンピュータの基礎概念は1980年代に提案され、1990年代に特有のアルゴリズムが発見されたことで注目を集めました。2000年代に入ると、基礎研究と応用研究が進展し、小規模な量子コンピュータがクラウドベースで提供されるようになりました。理研も、2023年に64量子ビットの超伝導型量子コンピュータを公開し、先進的な研究を続けています。

測定誘起型量子コンピュータのメカニズム

新たに整備された光量子コンピュータは、時間分割多重化手法を用いた測定誘起型のアナログコンピュータです。光波の振幅が情報のキャリアとして利用され、大規模かつ効率的な計算が実現されています。具体的には、量子テレポーテーションの手法により、量子の情報が遠隔地へと転送され、複雑な計算を実行します。

古澤チームリーダーは、この技術の開発には20年以上の研究が背景にあり、理研と東京大学での技術蓄積が大いに役立ったとしています。基幹部である超広帯域量子光生成デバイスは、NTTによって開発された超高速通信用光デバイスを基にしており、光量子コンピュータの性能を支えています。

今後の展望

今回の光量子コンピュータは、クラウドベースでの運用を行い、ユーザーは量子回路をデザインしてクラウドに送信し、計算結果を受け取ることが可能です。このシステムにより、金融、医療、材料科学、機械学習、最適化問題など、さまざまな分野への応用が見込まれています。

今後の課題としては、多入力化、超高速化、非線形操作の導入などが挙げられます。最終的には、誤り耐性のある大規模汎用量子計算機の実現を目指すとされています。今回の研究は、2050年までに経済や産業の飛躍的発展を支えることを目標としており、国際的な競争力を持つ日本の量子産業の発展にも寄与することが期待されています。