回顧2023年日本在科技創新方面的成果，最矚目的當屬三臺日本國產的量子計算機。
3月底由理化學研究所（理研）牽頭開發出日本國產的第一號量子計算機；緊接著10月富士通公司公佈了第2號量子計算機；11月由大阪大學開發的第3號量子計算機也正式向公眾展示。
以大阪大學QIQB為核心的團隊開發的第3號日本國產量子計算機（圖片出自大阪大學官網）
此外，日本產業綜合研究所也正在緊鑼密鼓地研製量子計算機。
日本在短短的一年裏連續推出三臺量子計算機，一舉填補了日本國產量子計算機的空白，在閘方式的量子計算方面，成為繼美國之後成功研製量子計算機的國家。
量子計算機主要有兩種方式：即閘方式與量子煺火方式。前者則由IBM、谷歌等美國的跨國企業領銜，被業界普遍認為是可以用於解決任何問題的萬能量子計算方式；後者的用途瞄準組合最適化問題，主要開發廠商是加拿大的D-Wave System。日本廠商在這方面的研發專注於實用化的數字量子退火技術。因此，三臺量子計算機的誕生，使得日本一躍躋身於量子計算機研製強國之列。
為什麼日本能在短時間内接連開發出三臺量子計算機呢？
筆者認為這與日本的研究開發體制有很大的關係。只要對國產1號機到3號機的開發過程進行一番考察，相信讀者就會得出這一結論。
理研牽頭的國產1號量子計算機(愛稱「叡」)開發成員有：理化學研究所、產業綜合研究所、情報通信研究機構（NICT）、大阪大學、富士通、NTT等。這是一個產學共同參與的國家研究開發項目，這臺機器安裝在位於埼玉縣和光市的理化學研究所内。富士通與大阪大學都是該項目的成員，這也就為後續2、3號機的面世埋下了伏筆。
對於大型研究開發項目，參與開發的國立研究機構、大學、以及民間企業之間有明確的智慧財產權歸屬協議。這樣，顯影器就可以釐清哪些是屬於自己的權利，哪些是歸屬該項目的共同權利，從而在項目開發過程中積累屬於自己的專屬經驗與知識（Knowhow）。
超導量子計算機「叡」（圖片出自理研官網）
在1號機的研製過程中，富士通既參與了硬體（量子計算機的核心部件）的開發，也參與了軟體的開發。富士通還是超級計算機「富嶽」的製造商，擁有數字量子煺火的技術，在軟硬體兩方面都有厚實的積累。兩年前，富士通與理研就設立了量子合作研究中心，因此，兩者的合作既有在國家項目中的協作，也有二者之間的合作。有了這樣的鋪陳，當1號機完成以後，富士通聯合理研開發2號機，就成為順理成章之事。
超導量子計算機2號機（圖片出自富士通官網）
那麼，2號機與1號機有什麼不同呢？
1號機與2號機在硬體結構上採用了相同的布線方式，都是64量子位元。由於量子計算機的抗干擾能力很弱，64位元的量子計算機，用業内人士的話，好比一臺高級玩具。遠遠不能釋放量子計算機被期待的威力，更不用說投入商用了。
閘式量子計算機要達到商用的目的，必須實現兩點。其一、物理量子位元數達到或超越百萬；其二、軟體糾錯能力達到或超越古典計算機。這兩者在現階段都還是很遙遠的目標，尤其是硬體方面，物理量子位元數實現幾何級數般的飛躍尚需要時日。
因此，在現階段讓這臺高級玩具發揮威力的手段就是讓其與超級計算機互動，這樣就必須開發實現這種互動的演算法。富士通是超級計算機廠家，同時又積累了量子計算的Knowhow，所以，2號機與1號機最大的不同，就是用超算與量子計算混合仿真器開發量子計算演算法。這是一舉兩得的策略，既可以為將來的大規模數子計算機設計演算法，又可以在現有的條件下進行限定用途的量子計算，把「玩具」實用化。
在糾錯演算法方面，大阪大學實力很強。兩年前的2021年10月，富士通就與大阪大學合作，在大阪大學的「量子情報與量子生命研究中心」裏開設了「富士通量子計算共同研究部門」，專門研究量子故障容許度與糾錯演算法。今年三月份該共同研究開發出一種演算法，使得在中等規模（一萬物理量子位元）的環境下實現高精度量子糾錯成為可能。同時，大阪大學與富士通合作開發新的量子計算軟體結構，將物理量子位元向邏輯量子位元轉換時產生的干擾大幅降低。
大阪大學推出的國產3號量子計算機，其主要攻關方向正是量子糾錯演算法。
通過今年公開的三臺量子計算機的開發過程，可以看出，日本產學聯合開發模式中的強強結合、連環套、齊頭並進的運作方式，使得積累知識與經驗的途徑大大地縮短，從而讓科學研究迅速轉化為技術與產品。
那麼，在這種模式的推動下，明年日本又將會推出幾臺量子計算機呢？
供稿 / 戴維
部分圖表出自日本「企業麻將對抗賽聯盟」官網
編輯 JST客觀日本編輯部
