日本的第一臺國產量子電腦正式公開。
2023年3月27日舉行的記者發佈會上，公開了由理化學研究所（理研）牽線開發的日本國產一號機的詳情。這是一臺採用超導閘方式的通用的量子電腦，硬體部分由理研、產業綜合研究所（產綜研）、富士通公司等聯合研發。軟體部分由大阪大學與NTT等研發。
理研在雲端公開的日本首臺國產量子電腦
在國產一號機官宣之前，日本國内已經有外企量子計算的商用化服務。如IBM設在川崎市的量子電腦與東京大學等學術機構合作開展的一系列科研活動；由美、英、加等國新興企業透過亞馬遜AWS雲服務平台提供的量子計算服務。
同時，產綜研牽線也在研發日本國產量子電腦。
在此背景下，日本國產量子電腦一號機的出臺，不僅填補了日本國内的空白。對於今後量子計算的研發，也有着深遠的意義。
日本國產一號機只有64個量子位元（Q-bit），而世界上目前同類型（超導、閘方式）的量子電腦的量子位元數最大的是IBM在2022年11月公開的433Q-bit的Osprey。這個量子位元數是IBM公司2021年公開的Eagle的三倍，是2019年公開並在日本投入運行的Falcon（僅有27個Q-bit）的16倍。IBM宣佈將在2023年推出量子位元數爲1121Q-bit、名爲Condor的量子電腦。
從傳統的電腦角度看，64位元微不足道，即使1121個Q-bit，也只能當個玩具。起碼要有數百萬級的Q-bit，才能達到大規模的產業應用。然而，基於量子力學原理的量子計算技術，因其獨特的量子糾纏現象，即使在量子位元數很少的情況下，也能實施驚人的計算量。1994年麻省理工學院的數學家彼得・肖爾教授發表了在現實時間内解決質因數分解的演算法。在此基礎上，他發出警告說:「如果量子電腦實施了的話，支撐電腦通訊安全的密碼將被破壞」。該警示引起了人們的關注，併成爲量子電腦剝削競爭的起點。第二年，肖爾提出了實施量子電腦理論中缺乏的「糾錯功能」的方法。有了理論的支撐，實際上只要數個Q-bit的量子電腦就可以在特定的領域超越傳統電腦。谷歌在2019年開發的53Q-bit量子計算晶片Sycamore，短時間解決了超級計算機無法計算的問題。
日本在量子計算領域「官學產」相結合，集中了舉國的力量搞研究開發。日本内閣府2020年制定的到2050年的壯大的「登月型技術發展專案」裏，第六個目標便是實施「耐誤差的通用的量子電腦」。基於該目標，日本建立了一個叫Q-LEAP的「光・量子飛躍旗艦」工程，涵蓋了量子技術的主要專案，如「量子資訊處理（包含量子模擬器、量子電腦）」，量子測量與感測，以及新一代的雷達技術。Q-LEAP旗艦工程的「量子測量與感測」領域，又開設了另一個旗艦專案，着重於研究融合量子與生命技術在新藥開發與生命科學上的革新。
量子科學技術研究開發機構：Q-LEAP光・量子飛躍旗艦工程
由民間企業組成的產業聯盟Q-STAR，下設了5個部會：量子波動與量子機率論應用部會、量子重疊應用部會、最佳組合問題部會、量子密碼與量子通訊部會、量子城市推進部會。與側重基礎研究的Q-LEAP相比，Q-STAR更側重於量子技術的產業應用。爲了推進各個應用部會的專案，Q-STAR下設了8個工作群組：政策提議工作群組、標準化提案工作群組、實驗協調工作群組、研究開發協調工作群組、海外產業協調工作群組、長期計劃策定工作群組、法律與合規工作群組、人才培育工作群組。
Q-STAR產業聯盟的應用部會着眼於2050年以遠的社會與產業變化，用長期路綫圖展示經濟與產業構造的變化，從而提出嶄新的服務解決方案。比如，針對再生醫療與長壽的創藥研發，針對提高能量效率的技術研發，針對氣候與環境變化的預測技術的研發，二氧化碳回收與利用技術的研發等等。在應用範例方面，又細劃分了材料、金融、最適化組合、人工智慧機械式學習等代表性的範例。
日本的產學聯盟裏，對這些主要技術都有涵蓋。由於篇幅侷限，在此不再贅述。
說起來，1998年世界上最初開發出量子位元（Q-bit）的，就是日本的科學家。但是，因爲量子位元存在容易被損壞導致計算出錯的難題，量子電腦的研製在相當長的時間裏停滯不前。儘管日本在量子糾錯方面，積累了一定的實力，剛剛研發成功的國產一號機，暫且只能進行基礎性的小型計算。但是，擁有了自主研發的實體機，並且透過雲端計算向外部的共同研究人員開放，積累民間的經驗，就可以在這個「玩具」身上，進一步地研究解決各種課題的方法。
國產一號量子電腦的硬體（量子位元）採用了通用的型的超導方式，與IBM、谷歌是相同的技術路綫。而目前國際上的量子位元技術，在超導方式以外，還有離子阱、光量子、中性原子、半導體量子、以及量子退火技術等等。尤其是離子阱所佔份額跟超導互相伯仲，受一些新興企業青睞。
在國產一號機這個有限的「玩具」以外，日本的產業界已經在踏踏實實地作長遠的佈局。基礎研究與應用研究相結合，未雨綢繆，未來當量子電腦在硬體方面取得突破性的進展時，各種解決實際社會課題的應用便會應運而生。
供稿 / 戴維
編輯修改 / JST客觀日本編輯部
