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　2021年11月に発表されたIBMの超伝導量子コンピュータの集積度は127量子ビットです。いよいよ100量子ビットの壁を越えたと大きなニュースになりました。もしエラーが全く生じない、理想的な量子ビットが100個あれば、2の100乗（約10の30乗通り）の並列処理が可能となります。しかし、実際の量子コンピュータにおいては、エラーが発生するために、所望の計算能力を発揮することができません。そのため、エラーを検出し訂正する量子エラー訂正技術の導入が必要になります。スーパーコンピュータの能力を凌駕し、かつ量子エラー訂正機能を搭載した「誤り耐性汎用量子コンピュータ」の実現のためには、約100万物理量子ビットが必要だと言われています。量子コンピュータ方式のひとつである超伝導量子コンピュータの集積度は、指数関数的に年々増加しています。このトレンドは「量子版ムーアの法則」と呼ばれています。このトレンドが順調に続くと仮定すると、2035年頃に100万物理量子ビットの量子コンピュータが実現することになります。そのため、あと10数年程度で量子コンピュータが社会実装すると多くの人々が期待しています。しかし、実際は後述するような技術課題があるため、もっと長い時間がかかると考えられています。 量子版ムーアの法則 　ふたつめは、集積度の頭打ちが予想されるためです。 　現状開発が最も進んでいる超伝導量子コンピュータを動作させるためには、絶対温度零度（-273℃）近くの極低温環境を実現する特殊な冷凍機「希釈冷凍機」が必要になります。一方、超伝導量子コンピュータを構成する超伝導量子ビットの大きさは数ミリ角です。もし100万量子ビットを二次元に集積化したとすると会議室ぐらいのサイズになってしまいます。1億量子ビットの場合は体育館ぐらいのサイズになります。残念なことに、そのような巨大なチップを絶対温度零度近くに冷やす巨大希釈冷凍機は地球上に存在しません。さらに深刻なことに、冷凍機の外に設置されている制御機器と希釈冷凍機内の量子コンピュータチップとの間は金属のケーブルでつながっています。そのケーブル数が集積度の増大に伴って膨大になると室温環境から熱が大量に流入してしまい、冷凍機内部が発熱してしまいます。これは「熱流入問題」と呼ばれており、今後超伝導量子コンピュータの大規模化に伴って、深刻な壁となると考えられています。 　これらの問題を解決するため、世界各国政府による投資や企業における技術開発が行われています。しかし、社会実装に向けた課題は山積みであり、現状技術の単なる延長のままでは、近い将来超伝導量子コンピュータの集積度は頭打ちになるでしょう。それを乗り越えるためには非連続的なイノベーションと20〜30年の長い時間が必要になると考えています。 量子コンピュータは万能選手ではない 　もう一つの量子コンピュータに対する間違った認識の一つに「量子コンピュータを使えばどんな問題でも超高速に解ける」ということがあります。実は、量子コンピュータを使うことで、古典コンピュータに対して高速化されることが数学的に保証されている数学的問題は、わずかに100個程度です。しかも、その中で、社会課題解決やビジネスにつながりうる問題は量子化学計算、機械学習、量子シミュレーションなど非常に限定的です。 　例えば、量子コンピュータを使っても四則演算やエクセルの表計算を高速化することはできません。しかし、限定的とはいえ、量子コンピュータは、創薬、材料開発、人工知能、金融などの非常に幅広い産業分野に破壊的インパクトを与えると期待されています。その中でも、誤り耐性汎用量子コンピュータを用いるとポートフォリオ最適化、デリバティブ価格付け、リスク計算などの金融の問題を高速化できることが示されています。そのため、国内外の証券会社や銀行が量子コンピュータのビジネス適応に向けた基礎検討を行っています。 　「量子コンピュータはスーパーコンピュータをいずれ置き換えられる」のではなく、将来的に量子コンピュータは、スーパーコンピュータが苦手で量子コンピュータが得意とする数学的問題を高速化する手段として使われるようになるでしょう。スーパーコンピュータと量子コンピュータは仲良く共存し、私たちの生活を支えてくれる存在になっていくはずです。   量子コンピュータ実現への課題 　第一に、量子エラー訂正機能を搭載したかたちに進化させなければなりません。先ほど述べたように、現状の集積度では量子エラー訂正機能を搭載することができません。そのため、量子ビットの集積度と品質を向上させる技術に加えて量子エラー訂正技術の確立が肝となります。 　また、量子コンピュータシステムの開発それ自体にも課題があります。超伝導量子コンピュータの場合、100万個の物理量子ビットを集積化すると会議室ぐらいのサイズになると説明しました。そのため、会議室サイズの冷凍機を実現する必要があります。あるいは、小規模な既存の冷凍機をモジュール化して、モジュール冷凍機間を量子力学的に接続する技術が有望かもしれません。また、「熱流入問題」を解決するために、冷凍機の外に設置している制御装置群を必要機能に絞ってまるごとチップ化して冷凍機の中に設置する「クライオCMOS集積回路」技術の開発も必要になります。 　あるいは、超伝導量子コンピュータは諦めて、全く異なる方式の量子コンピュータに方向転換をするべきであると考える研究者がいます。例えば、光方式、イオン方式、中性原子方式、シリコン方式、ダイヤモンド方式、トポロジカル方式などのさまざまな量子コンピュータの研究開発が世界中の企業と研究機関で進められています。 　量子コンピュータの研究開発競争はよくマラソンに例えられます。現在、スタート地点から5キロ程度のところにいますが、超伝導量子コンピュータがダントツで先頭を走っています。しかし、ゴールまでまだ約37キロの長い道のりが残されています。超伝導量子コンピュータがゴールまでトップを維持し続けるかもしれません。もしかしたら後方集団にいる光量子コンピュータやシリコン量子コンピュータが後半戦で一気にトップに躍り出るかもしれません。いつ、どの方式が最初にゴールをするのか？はまだ誰にもわかりません。 産総研の量子コンピュータ研究と未来像 　海外ではさまざまな分野の企業や大学を巻き込んで、量子コンピュータの研究開発が加速しています。産総研では内閣府に認定された量子技術イノベーション拠点のひとつ「量子デバイス開発拠点」として超伝導量子コンピュータとシリコン量子コンピュータの開発を多くの大学、研究機関、企業との連携の下で行っています。また、日本電気株式会社と共同で設立したNEC-産総研量子活用テクノロジー連携研究ラボにおいて超伝導量子アニーリングマシンと呼ばれる組合せ最適化問題専用コンピュータの開発も進めています。 　技術の総合デパートと呼ばれる量子コンピュータの社会実装のためには、物理、化学、材料工学、電子工学、機械工学、情報工学、数学などのさまざまな分野の技術の粋を集めて開発を進める必要があります。量子コンピュータ研究開発は、まさに、産総研の持つ幅広い研究開発ポテンシャルが生かせるチャンスであると考えています。今後、産総研の持つ「総合力」を生かしながら、産総研を量子コンピュータの社会実装を担う世界的な産学連携拠点にしていきたいと考えています。 超伝導量子回路試作施設Qufab（左）と量子コンピュータ評価用希釈冷凍機システム（右） 関連記事 電子１個を精密に飛ばして広がる　量子電子光学の世界 量子電流標準確立から電子量子コンピュータ実現まで 料理をするようにシリコン量子ビットをつくる。【クリーンルームでのデバイス開発の研究_産総研ラジオ2023春】 産総研デバイス技術研究部門 加藤公彦さんの日常。 マイナス269 ℃で使える量子コンピュータ用読み出し回路の開発 オールジャパンでとりくむ汎用量子コンピュータの実現 2022年ノーベル物理学賞「量子もつれ」とは この記事へのリアクション もっと詳しく   初めて知った   興味がある   この記事をシェア 掲載記事・産総研との連携・紹介技術・研究成果などにご興味をお持ちの方へ 産総研マガジンでご紹介している事例や成果、トピックスは、産総研で行われている研究や連携成果の一部です。 掲載記事に関するお問い合わせのほか、産総研の研究内容・技術サポート・連携・コラボレーションなどに興味をお持ちの方は、 お問い合わせフォームよりお気軽にご連絡ください。 産総研マガジンに関するお問い合わせはこちら 編集部が選んだおすすめ記事 話題の〇〇を解説　量子コンピュータとは？   話題の〇〇を解説　CASEとは？ 自動車業界から変わる未来のモビリティ 話題の〇〇を解説　吉野彰が語る「ゼロエミッション」とは？とは？   量子物理×深層学習でAIがおおきく進化 学習対象外の領域でも高精度に予測 LED照明にも標準光源をつくろう！ 日亜化学と産総研がタッグを組んで「全方向形標準LED」を開発 第31回　迫る南海トラフ地震！「予知」のカギを握る「地盤と水」の意外な関係 地球の鼓動を探る「断層の物理学」入門 --> 産総研について アクセス 調達情報 研究成果検索 採用情報 報道・マスコミの方へ メディアライブラリー お問い合わせ English ニュース お知らせ一覧 研究成果一覧 イベント一覧 受賞一覧 研究者の方へ はじめての方へ 研究成果検索 研究情報データベース お問い合わせ 採用情報 ビジネスの方へ はじめての方へ 研究成果検索 事例紹介 協業・提携のご案内 お問い合わせ AIST Solutions 一般の方へ はじめての方へ イベント情報 スペシャルコンテンツ 採用情報 お問い合わせ 記事検索 産総研マガジンとは お問い合わせ 公式SNS @AIST_JP 産総研チャンネル 公式SNS @AIST_JP 産総研 チャンネル サイトマップ このサイトについて プライバシーポリシー 個人情報保護の推進 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Copyright © National Institute of Advanced Industrial Science and Technology （AIST） （Japan Corporate Number 7010005005425）. 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