由日本理化學研究所量子計算機研究中心團隊負責人古澤明（東京大學研究生院工學系研究科教授）、團隊負責人米澤英宏、NTT高級特別研究員橋本俊和以及Fixstars Amplify公司社長平岡卓爾等組成的聯合研究團隊，成功開發出了全球首款通用的光量子計算機。預計將於年内向合作研究人員提供雲端使用環境。團隊負責人古澤表示：「米澤和平岡是我2001年4月成立研究室時首批加入的本科生。所以特別感慨。雖然目前隻供合作研究人員使用，但未來我們將打造出真正能在全球廣泛使用的量子計算機」。
本次開發的光量子計算機（供圖：理化學研究所）
聯合研究團隊成員在新聞發佈會上。左起依次為Fixstars Amplify公司社長平岡卓爾、NTT高級特別研究員橋本俊和、日本理化學研究所團隊負責人谷澤明和米澤英宏（供圖：科學新聞社）
光量子計算機（測量誘導型量子計算機）需要生成大規模的量子糾纏，因此需要利用光的行進波特性和時分多路多工技術。
首先，由NTT開發的4個光參量放大器分別產生壓縮光（量子光波動被壓縮的光），通過50%反射分束器將這些光脈衝疊加，在兩者間連續生成量子糾纏。之後，通過將兩條光路分別給與一個光脈衝延遲和N個光脈衝延遲，使二者間的量子糾纏分配到不同的時間。同時存在的四個光脈衝的集合就是「宏節點」。由於光延遲對應N個脈衝週期，因此「宏節點」具有周期為N的構造。
在本次構建的系統中，生成了101個量子糾纏，並隨著時間的推移沿時間軸延伸，因此理論上可以實現任意步距的計算步驟（線性運算）。光脈寬設定為10奈秒，空間設置相當於3米，能夠以相當於100兆赫茲時鐘頻率的速度進行線性運算。高級特別研究員橋本表示：「通過提高光參量放大器、光學測量系統和執行量子傳達所需的回饋系統的整體精度，更大規模的計算將成為可能。我們目前正在進行各器件的開發」。
此次的光量子計算機的最大特點是這是一臺模擬信號設備。
團隊負責人古澤說：「高精度計算需要數字計算，但對於人工智慧或神經網路中的應用，例如區分貓和狗等由人類大腦執行的計算，模擬計算已經足夠。當前的生成式AI等技術會將模擬信號轉換為數字信號，進行龐大計算，之後再轉化回模擬信號輸出，會耗費大量能源。在神經網路等存在模糊性的計算中，模擬計算具有優勢。目前，我們會把光量子計算機作為模擬機使用，通過提高其精度，未來可以在輸入輸出端子實現數字化轉換，並具備糾錯能力，使其成為既支持模擬運算又可執行數字運算的雙重功能機器」。
為實現雲端計算，此次還將提供軟體開發工具包。平岡社長說：「為方便非量子計算機領域的專家使用，我們開發了可以用python設計量子電路的軟體。我們還將提供程序庫資源。希望通過增加客戶數量，擴大模擬量子計算機的應用範圍」。
客戶將設計好的量子電路發送到雲端。完成客戶認證後，雲端會自動將量子電路轉換為實機參數，並將任務發送至理化學研究所的光量子計算機實機，計算結果將通過雲端返回給客戶。
團隊負責人米澤說：「今後，我們將增加使用案例的數量，同時進一步實現輸入埠數量增加、超高速化、非線性運算引入和探索新應用領域等。目標是在2030年左右實現具有故障容許度能力的大規模通用的量子計算機」。
充分利用此次機會
目前，量子計算機有超導、中性原子、離子和硅等多種實現方法，但光量子計算機的研究人員相對較少。雖然需要簽署聯合研究協議，但提供基於雲端的開發環境，是增加客戶數量的一個重要機會。日本在光量子計算機領域處於世界領先地位，能否充分利用這一機會，將會對日本未來幾年的競爭力產生重大影響。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
