科学研究 - 富士通与理研开发出最大256量子比特的超导量子计算机

富士通和国立研究开发法人理化学研究所（简称理研）开发出了可供外部用户使用的、世界最大规模的超导量子计算机。其量子计算的基本单位——量子比特数达到了256，是2023年开发的日本首台64量子比特机型的4倍。通过有效利用芯片的立体布线以及推进冷冻机内部的高密度化，成功实现了大规模化。从6月起将供企业和研究机构使用。

新开发的256量子比特超导量子计算机。向媒体公开的是卸下了冷冻机，露出被称为“欧式吊灯”的主体状态（位于埼玉县和光市的理研）

此次开发的256量子比特机，是基于理研在文部科学省资助下于2023年3月公开的日本首台国产机基础上开发的2号机的进一步扩展版。开发中采取了两项关键技术：（1）采用从芯片背面而非从侧面垂直安装布线的立体结构，避免了大规模化带来的布线布局难题；（2）将负责计算的量子比特芯片冷却至接近绝对零度的冷冻机，在开发阶段最大只能支持64量子比特机。在沿用同款冷冻机的同时，通过精细化内部构件布局，将安装密度提升了4倍。正是通过这些努力最终完成了该设备，目前安装在埼玉县和光市的理研中。

虽然海外已开发出1000量子比特级机器，但在可供外部用户使用的机器中，这台设备堪称全球最大规模。企业和研究机构将利用其开拓应用、进行纠错技术实验等。目标在明年开发出1000量子比特机。

（左）出席发布会的理研中心主任中村；（右）富士通所长佐藤

理研量子计算机研究中心主任中村泰信在4月22日的发布会上表示：“量子比特数并非唯一性能指标，控制精度、降低误差率以及如何进行高级计算也很重要。升级至1000量子比特将面临新课题，也有望催生新创意。我们期待通过设定里程碑（路标）逐步推进开发，最终实现突破。”

富士通量子研究所的佐藤信太郎所长表示：“要使量子计算机在未来真正具备实用价值，除了性能还必须考虑成本。我们将制定开发大规模设备的战略，努力构建各方良好协作的关系，并持续推进开发。”

与此同时，旨在推动量子与AI（人工智能）技术研究及产业界合作的产业技术综合研究所的“量子与AI融合技术商业开发全球研究中心（G-QuAT）”基地的总部大楼也在茨城县筑波市竣工，5月18日举行了落成典礼。预计将在各地加速推进围绕量子计算机的研究能力提升、人才培养、产业竞争力强化等方面的举措。

256量子比特超导芯片

量子计算机基于构成物质的原子、电子等“量子”世界的物理法则——“量子力学”进行计算。传统计算机通过半导体上的电压高低来表示0和1，以二进制运算。而量子计算机则利用量子力学世界中0与1叠加共存的状态，实现大规模并行计算。在社会信息量持续飞跃性增长的背景下，依靠现有技术实现的半导体微细化已接近极限，量子计算机作为实现革新性信息处理的基础技术备受期待。

量子计算机存在多种实现方式，其中使用超导状态电子电路的“超导方式”研究处于领先地位。不过，将离子约束在真空中的“离子阱方式”发展迅猛。使用激光控制原子的“中性原子方式”、利用光量子即光子的“光方式”以及操控半导体中约束电子的“半导体方式”的研究也十分活跃，目前尚未明确主流技术路线。据悉，真正实现实用化需要数万至数百万量子比特，同时纠错技术和控制技术等也是重大课题。预计，未来不会完全替代传统的超级计算机，而是发挥各自特性进行协作的“混合计算”将得到发展。