去年日本在量子計算方面取得了質的飛躍，一口氣推出了三臺國產量子電腦。
據2024年2月26日《日本經濟新聞》的報導，日本國内產學聯合，集結了10家數位公司，準備在年内創立一家新企業，進軍中性原子方式的量子電腦領域。
去年日本已經推出了三臺國產量子電腦都屬於超導方式的量子電腦。超導方式是目前普遍被看好的主要方式之一，但是超導方式有一個顯著的弱點，即需要龐大的冷卻系統，以便將量子晶片以及控制系統的溫度冷卻到絕對零度，即攝氏溫度-273度。
量子計算的硬體方式
| 硬體方式 | 特徵 | 海外廠家 | 日本廠家 | 主要成果 |
| 超導 | 閘結構 微波帶域 |
谷歌、IBM、Rigetti、OQC | 富士通 | IBM：433量子位元 |
| 離子陷阱 | 單一原子 理想光控制 |
IONQ、AQT、QUANTINUUM | 富士通 | IONQ：32量子位元 |
| 光量子 | 耐噪音 常溫操作 |
Xanadu、PsiQuantum | NTT | Xanadu：216量子模式 |
| 半導體 | 閘結構 高整合度 |
Intel、Quantum、 Motion | 日立 | TuDelft大學：6量子位元 |
| 中性原子 | 高整合度 常溫操作 |
QuEra、PASQAL、ColdQuanta | 日立 | QuEra：256量子位元 |
表中這5種方式各有長短，並無勝負之分。因此，世界主要廠商並非押注在某一特定的方式，而是儘可能探索各種新的可能性。在日本，富士通公司就同時佈局超導與離子陷阱方式，並且瞄準了糾錯軟體。NTT在光通訊領域擁有非常堅實的底蘊，所以在光量子計算方面處於領先地位。
2023年下半年，量子計算領域在糾錯技術與中性原子方式方面集中了更多的人氣。前者關係到量子技術的特性，即由量子糾纏的不確定性引起的錯誤率問題。以現有的NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）即「含噪音的中等規模數子」演算法，每100到1000個物理量子位元才能生成一位邏輯量子位元，所以在這種狀況下，未來幾年内出現的量子電腦的規模，預計無法超過1000個邏輯量子位元，即無法執行包含或超過約1000個閘的運算。
反過來說，在NISQ演算法下，要實施1000個邏輯量子位元，則硬體上必須實施100萬物理量子位元。對於古典電腦的半導體工藝來說，可以輕鬆地在一個晶片上整合數十億個閘。然而，對於目前的量子計算技術來說，實施100萬個物理量子位元，尚且是一件非常艱鉅的任務。超導代表廠家谷歌把這個目標設定爲2029年，離子陷阱代表廠家IONQ則設定爲2028年。量子計算的其它幾種硬體方式對邏輯量子位元的追求，暫且尚無明確的目標。
而中性原子方式之所以引起矚目，是因爲這種方式不需要大型冷凍機，控制系統可以在室溫下進行，可以進行大容量計算。
因此，如果採用中性原子方式，擴大計算容量，再改進糾錯演算法，那麼就可以加快量子電腦商用化的進程。日本進軍中性原子量子計算的集結號就是在這種背景下吹響的。
日本軍團的領軍者是自然科學研究機構分子科學研究所（分子研）。該研究所2月27日宣佈，爲了下一代電腦「量子電腦」的商用化，將與富士通、NEC等10家國内外企業合作，在2024年度成立新公司。到2030年，將實施被稱爲「冷原子方式」即中性原子方式的新型國產量子電腦實用機。新公司將在分子研究所所在的愛知縣岡崎市設立研發基地。產業界參與計劃的10家公司中，包括日本政策投資銀行，其透過提供經營經驗等對專案開發提供支援。該專案參與日本政府的國家專案，透過產學合作，2026年完成試製機，2030年之前實施實用機。
自然科學研究機構分子科學研究所正在研製之中的中性原子量子電腦
冷原子方式（中性原子方式）的量子電腦，是分子研的大森賢治教授等人持續研究的獨自技術。該技術不使用冷凍機而是利用獨特的雷射技術將金屬「銣」的原子冷卻到接近絕對零度，把排列好的一個個冷原子作爲量子電腦的基本元件「量子位元」使用。因此，其控制系統可在室溫下進行，不需要大型冷凍機。
大森教授的團隊透過在平面上控制大量用於計算的高質量「量子位元」的「光鑷子」技術和顯微鏡技術，僅6.5奈秒(一奈秒爲十億分之一秒)就能使兩個量子位元之間產生「量子糾纏」。這是實施「超高速2量子位元門」的技術。值得強調的是，「2量子位元門」是實施量子電腦非凡計算速度的源泉，是非常重要的核心技術。大森研究室的「超高速2量子位元門」在2022年即實施了將傳統的冷原子(中性原子)方式的2量子位元門一口氣加速2個數規模，這種非連續性創新引領了世界。
冷原子(中性原子)方式雖然在實用化方面起步較晚，但在量子電腦的規模化方面具有優勢，因而在2023年下半年以後受到科技界的矚目。
量子物理可用能學問世已經有100年，量子計算一直未能實施商用化的終極因數，是因爲受到技術瓶頸的侷限。最近幾年，這些技術瓶頸相繼被突破，分子研究所大森研究室的「超高速2量子位元門」技術就是其中之一。
擁有這些技術優勢和核心能力，只要建立與產業界合作的機制，便可以讓科研成果轉化爲科技產品，從而實施商用化。進軍中性原子方式以後，日本在量子計算的五種主要硬體方式裏，不再有空白，成爲全面佈局量子計算的量子先進國家。
供稿 / 戴維
編輯 JST客觀日本編輯部
