科學研究 - 富士通與理研開發出最大256量子位元的超導量子計算機

富士通和國立研究開發法人理化學研究所（簡稱理研）開發出了可供外部用戶使用的、世界最大規模的超導量子計算機。其量子計算的基本單位——量子位元數達到了256，是2023年開發的日本首台64量子位元機型的4倍。通過有效利用晶片的立體布線以及推進冷凍機內部的高密度化，成功實現了大規模化。從6月起將供企業和研究機構使用。

新開發的256量子位元超導量子計算機。向媒體公開的是卸下了冷凍機，露出被稱為「歐式吊燈」的主體狀態（位於埼玉縣和光市的理研）

此次開發的256量子位元機，是基於理研在文部科學省資助下於2023年3月公開的日本首台國產機基礎上開發的2號機的進一步擴展版。開發中採取了兩項關鍵技術：（1）採用從晶片背面而非從側面垂直安裝布線的空間結構，避免了大規模化帶來的布線布局難題；（2）將負責計算的量子位元晶片冷卻至接近絕對零度的冷凍機，在開發階段最大只能支持64量子位元機。在沿用同款冷凍機的同時，通過精細化內部零件布局，將安裝密度提升了4倍。正是通過這些努力最終完成了該設備，目前安裝在埼玉縣和光市的理研中。

雖然海外已開發出1000量子位元級機器，但在可供外部用戶使用的機器中，這台設備堪稱全球最大規模。企業和研究機構將利用其開拓應用、進行糾錯技術實驗等。目標在明年開發出1000量子位元機。

（左）出席發佈會的理研中心主任中村；（右）富士通所長佐藤

理研量子計算機研究中心主任中村泰信在4月22日的發佈會上表示：「量子位元數並非唯一性能指數，控制精度、降低誤差率以及如何進行高級計算也很重要。升級至1000量子位元將面臨新課題，也有望催生新創意。我們期待通過設定里程碑（路標）逐步推進開發，最終實現突破。」

富士通量子研究所的佐藤信太郎所長表示：「要使量子計算機在未來真正具備實用價值，除了性能還必須考慮成本。我們將制定開發大規模設備的戰略，努力構建各方良好協作的關係，並持續推進開發。」

與此同時，旨在推動量子與AI（人工智慧）技術研究及產業界合作的產業技術綜合研究所的「量子與AI融合技術商業開發全球研究中心（G-QuAT）」基地的總部大樓也在茨城縣筑波市竣工，5月18日舉行了落成典禮。預計將在各地加速推進圍繞量子計算機的研究能力提升、人才培養、產業競爭力強化等方面的舉措。

256量子位元超導晶片

量子計算機基於構成物質的原子、電子等「量子」世界的物理法則——「量子力學」進行計算。傳統計算機通過半導體上的電壓高低來表示0和1，以二進制運算。而量子計算機則利用量子力學世界中0與1疊加共存的狀態，實現大規模並行計算。在社會資訊量持續飛躍性增長的背景下，依靠現有技術實現的半導體微細化已接近心極限，量子計算機作為實現革新性資訊處理的基礎技術備受期待。

量子計算機存在多種實現方式，其中使用超導狀態電子電路的「超導方式」研究處於領先地位。不過，將離子約束在真空中的「離子阱方式」發展迅猛。使用雷射控制原子的「中性原子方式」、利用光量子即光量子的「光方式」以及操控半導體中約束電子的「半導體方式」的研究也十分活躍，目前尚未明確主流技術路線。據悉，真正實現實用化需要數萬至數百萬量子位元，同時糾錯技術和控制技術等也是重大課題。預計，未來不會完全替代傳統的超級計算機，而是發揮各自特性進行協作的「混合汁算」將得到發展。