日本的量子電腦研發已進入新階段。此前主要以大學和研究機構的基礎研究為主，目前富士通、NEC和日立製作所著眼於商業化，已全面啟動開發。日本企業試圖在美國谷歌等主導的量子電腦國際競爭中捲土重來。日本國産電腦的開發將對原材料、醫藥和汽車等廣泛産業的競爭力産生影響。

  

日本NEC將開發功能特化型的量子電腦

 

      「目前並未決出勝負」，富士通的量子研究所所長佐藤信太郎如此強調。

 

      2021年4月，富士通與理化學研究所（簡稱理研）在埼玉縣和光市成立聯合研究中心，有約20名研究人員參加，一直在開發應對廣泛計算的通用型量子電腦。2023年度將首次造出實機，與富士底片等合作，積累未來所需的知識。

 

      富士通製造的是利用「超導」電路進行計算的64個量子位的實機。量子位是計算的基本單位，同時也是成為高速化關鍵的重要指標。2021年，IBM實現了127個量子位的處理器。美國企業處於領先地位，但目前日本仍有望迎頭趕上。

 

      富士通力爭2026年度以後實現1000個量子位。同時加快解決計算錯誤。富士通與大阪大學展開聯合研究，計劃2024年度以後通過實機驗證。谷歌和IBM的電腦糾錯也非常困難，如果日本企業在技術開發方面領先，將佔據優勢。

 

      對於超級電腦需要好幾億年才能解答的難題，量子電腦具有幾分鐘或幾小時就能解答的潛力。但量子電腦仍處於發展途中，開發競爭將是一場持久戰。谷歌提出了到2029年實現實用化的目標，但即使是資金和人才實力雄厚的谷歌，要實現目標依然面臨很高的障礙。哪家企業成為勝利者仍存在變數，各家將通過各種戰略推進開發。

 

 

      與美國IT巨頭和富士通開發的通用型不同，NEC將致力於開發特化型量子電腦。這種電腦也被稱為量子退火(annealing)型，可高速解答「組合優化」的問題，比如從多條候選路徑中選出最高效的物流路線等。

 

      雖然量子退火型電腦能解答的問題種類有限，但有望比通用型量子電腦更早實現實用化。NEC于3月宣佈，已開發出包括超導電路晶片在內的計算基本元件。將與日本産業技術綜合研究所合作，到2023年建造100個量子位的實機，通過雲平臺向企業等提供研究目的的服務。

 

      NEC目前將專注於特化型電腦的開發，同時希望將來應用於通用型。超導技術和控制模式等「基礎技術的6～7成（在通用型和特化型上）相通」，NEC董事白根昌之指出，今後將探索廣泛應用的可能性。

 

      量子電腦的開發以超導方式為主流，但存在很難增加量子位等諸多課題。近年來，用離子（帶電原子）製造量子位的「離子阱(Ion trap)」和採用冷卻至極低溫的原子的「冷卻原子」等方式受到關注，各種技術得到討論。

 

 

      日立將挑戰的是採用矽的方式。對矽基板進行微細加工後形成的小「箱子」，將電子封閉其中，實現量子位。要精準控制遠遠小於原子的1個電子，需要高度技術，如果按量子位的數量比較，研究的進展落後於超導方式。

 

      另一方面，這種方式的優點是能利用微細加工等現有半導體技術，有利於基於大規模整合的未來高性能化。要實現真正的量子電腦，需要將量子位的數量增加至100萬的規模。日立計劃以2030年達成作為目標，不斷克服技術上的課題。

 

      日立1989年在英國康橋大學設置了研發基地，之前一直在這裡推進量子電腦的基礎性研究，但今後將通過東京國分寺的研究團隊等推進開發。

 

      矢野經濟研究所2021年發佈的預測顯示，量子電腦的日本國內市場規模將從2022年度的187億日元增加至2030年度的2940億日元。相關産業的範圍有望擴大。

 

      日本在基礎技術方面做出貢獻

 

      被稱為「夢幻技術」的量子電腦概念原本是由美國物理學家理查德·費曼(Richard Feynman)等人于1980年代提出的。理查德·費曼在1965年與朝永振一郎一起榮獲了諾貝爾物理學獎。1990年代以後相關研究正式開始，日本也在技術層面做出了重要貢獻。

  

      1999年，NEC的中村泰信（當時）等人在世界上首次成功驗證了採用超導固體元件的量子位運作，邁出了實現量子電腦的重要一步。中村泰信目前在理化學研究所擔任量子電腦研究中心的負責人，拉動著日本的研發活動。

 

      理研將推進2022年度內造出日本「國産第一台」超導量子電腦的計劃。中村等人的知識和技術還被分享給與理研合作的富士通。大學、研究機構與企業的合作加速，日本的量子電腦開發已迎來新階段。

 

 

      在理研量子電腦研究中心擔任副負責人的古澤明將挑戰採用光子的自研方式。古澤明作為採用光子傳送資訊的「量子隱形傳態（Quantum teleportation）」研究的第一人而聞名。2021年宣佈與NTT合作，成功開發出成為實現光量子電腦核心技術的光源。

 

      2019年，谷歌實現「量子霸權」，即通過量子電腦用約3分鐘解答出用最尖端超級電腦需要1萬年的問題。相關開發競爭日趨激化。在近年來的研發中，日本一直落後於海外企業。擁有「諾獎級別」成績的研究人員和企業的合作，承載著讓日本東山再起的期待。

 

      日本經濟新聞（中文版：日經中文網）生川曉

 

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