回顧2021年日本在高科技領域的進展，值得關注的一個領域就是量子計算。
2020年日本政府發表了《量子技術創新戰略》，其中確立了「三項基本方針」。即（1）「量子技術創新」的戰略部署；（2）量子技術與現有傳統技術等的一體化綜合推進；（3）加強量子技術創新戰略、人工智慧戰略和生物戰略的融合與協作。根據這一戰略，日本的產官學聯合起來，從基礎研究、技術實證、以及人才培養等多方面着手，與海外研究人員進行交流，並建立開展國際性研究的「量子技術創新基地」。
說到量子計算，普遍形成的看法是美中兩強相爭，日本充滿了危機感。
然而，量子計算技術可以分爲量子電腦技術與量子計算應用技術兩部分。在量子電腦架構，尤其是光量子電腦方面，確實是美中爭雄。譬如，中國科學院的學者對外界表示，在超導量子計算和光量子計算方面都取得了重要進展。其中，66量子位元(Qubits)的可程式設計超導量子計算原型機「祖沖之二號」比目前最快的超級計算機快一千萬倍，計算複雜度比谷歌的超導量子計算原型機「法國梧桐」(Sycamore)高一百萬倍。
但是，不管是谷歌的「法國梧桐」，還是中國的「祖沖之二號」，錯誤率依然還很高，無法投入到實際應用中去。因此，有人比喻現在的量子電腦尚處於嬰幼兒階段。我們知道，量子位元透過「0」和「1」同時存在的「疊加」等來管理資訊，而「疊加」等狀態非常容易被破壞。雖然量子位元保存資訊的時間在日新月異地增長，但以東大與IBM在川崎市運行的27量子位元「IBM Quantum System One」爲例，其量子位元保存資訊的時間也只有萬分之一秒左右。即使使用多個量子位元執行複雜的計算，由於量子位元的狀態被破壞而發生錯誤，因此很難得到正確的結果。
設置於東大的IBM量子電腦試驗機
如果是可以糾錯量子位元的「通用的量子電腦」，那麼理論上可以證明它能夠超越傳統電腦的性能。但通用的量子電腦的實施還需要時間。谷歌公佈了2029年實施可糾錯量子電腦的路綫圖，但普遍認爲，實施這一目標還需要20～30年。中國學者潘建偉則在接受記者採訪時說：「下一步我們希望能夠透過4到5年的努力實施量子糾錯」 。
在量子電腦架構的研究上，日本今年也取得了不小的突破。東京大學11月17日宣佈開發出「萬能可操作光量子處理器」。這是一種用最小有效規模的光電路來實施「終極大規模光量子電腦」的方式。緊接着東大和九州大學在11月25日宣佈開發出了量子電腦也不可破解的密碼技術。在基礎研究方面，資訊通訊研究機構(NICT)、產業技術綜合研究所、名古屋大學、日本科學技術振興機構(JST)的四者在9月20日宣佈成功開發出「氮化物超導量子位元」,在超導材料上實施了不使用鋁的超導量子位元。大阪大學、東京大學、理化學研究所三者於8月20日共同宣佈，成功讀出量子點中的3個以上多電子的自旋齊平狀態。理化學研究所設立的量子電腦研究中心，下設14個研究室，8個基地，包括產業技術綜合研究所、東京大學-企業聯合、大阪大學、情報通信研究機構、量子科學技術研究開發機構、物質材料研究機構、東京工業大學。
大阪大學量子情報・量子生命研究中心
量子電腦架構除了光量子、超導這兩種量子計算，還有離子阱、半導體量子點、冷原子等技術路徑。目前還沒有一種量子電腦能夠適用於所有應用場景。
正因爲量子電腦尚處於嬰幼兒階段，所以日本產業界將目光轉向了應用技術的研發。富士通與日立研發的「量子退火技術」等就是瞄準了實際的應用場景。2021年日本在量子退火技術的應用方面，不時有應用實例被媒體報導。譬如，在10月27日至29日舉行的「第2屆量子計算秋季博覽會」上，迪克路技術公司（D-CLUE）展示了搭載正在開發中的量子FPGA的易感機；10月25日凸版印刷對量子退火實施物流業務高效化進行實證實驗；11月12日 NTT公開了面向超導量子電腦的糾錯方法；11月16日 大阪市立大學開發出容易在量子電腦上運行的量子化學計算演算法；NEC於12月7日宣佈，將在全球銷售D-Wave系統的量子計算雲服務「Leap Quantum Cloud Service」。以期對大規模組合最適化問題進行高速解決等等。
與各個企業的技術攻關相比，影響未來產業佈局的是產業聯盟或者產學官三方的動態。這方面有兩個重要的聯盟。一個是7月30日由東京大學牽線成立的「量子創新協會」(QII協會)」，另一個是由豐田汽車牽線成立的「基於量子技術的新產業創造協會（Q-STAR）」。
QII協會的事務局由東京大學擔任，成員有慶應義塾大學以及產業界的JSR、DIC、東芝、豐田汽車、日本IBM、日立製作所、日本瑞穗金融集團、三菱化工、三菱UFJ等。會長由瑞穗金融集團會長佐藤康博擔任，專案負責人由東京大學研究生院理學系研究科教授相原博昭擔任。
Q-STAR則有24家企業參與，是一個以實施利用量子電腦等量子技術的下一代IT技術爲目標的協會。由東芝、NEC、日立製作所、富士通等IT企業，以及豐田汽車等將量子技術用於實業的客戶企業等組成的民間團體。該組織的目的是研究如何將IT企業正在開發的量子技術應用到實際商業中，預計在2030～2050年實施量子技術的實用化。
明知道通用的量子電腦的實施上需要時日，日本的著名企業卻都爭相接觸不完善的量子電腦。上述Q-STAR與QII進一步互相滲透，豐田、三菱UFJ、索尼集團、日立、三菱化工等作爲正式會員交叉加入了東大的QII。爲了能夠使用東大與日本IBM設置在川崎市的量子電腦，正式會員的會費包括共同研究合同等在内，需要繳納5000萬日元以上。
這些企業之所以想在現在這個時候接觸處於嬰幼兒階段的量子電腦，終極因數不外乎兩個。其一，即使是無法糾錯的量子電腦，也有可能在不久的將來透過量子位元的增加而發揮實用性。其二，各企業都希望在量子電腦普及之前，領先於競爭對手，培養出「量子自主」人才。
日本產學官並舉，未雨綢繆，着眼於量子計算應用技術的研發，或許可積累解決實際問題的經驗，爲未來量子技術的全面競爭打下堅實的基礎。
供稿 / 戴維
編輯修改 / JST客觀日本編輯部
