富士通株式会社と国立研究開発法人理化学研究所（理研）は、「理研RQC-富士通連携センター」において世界最大級となる256量子ビットの超伝導量子コンピュータの開発に成功した。この新システムは2023年10月に公開した64量子ビット機の技術を基盤に、新たな高密度実装技術を駆使して量子ビット数を4倍に拡大。2025年度第一四半期からは企業や研究機関向けに提供を開始する予定だ。
進化した256量子ビットが切り開く新たな可能性
256量子ビット超伝導量子コンピュータの実現により、これまで処理が難しかった複雑な計算の実行が可能になる。従来の64量子ビットシステムと比較して計算能力が大幅に向上することで、より大規模な分子構造の解析や、多くの量子ビットを必要とするエラー訂正アルゴリズムの実装と実証実験が実現する。
この超伝導量子コンピュータは、「Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform」を通じて提供される。このプラットフォームでは、量子コンピュータと従来のコンピュータを組み合わせたハイブリッド計算が可能となり、それぞれの長所を活かした効率的な問題解決が見込まれる。
「今回の開発は、超伝導量子コンピュータの実用化と、世界が直面する複雑な課題の解決に向けた重要な一歩です」と富士通と理研は共同声明で述べている。両組織は特に、創薬や金融モデリングなど大規模シミュレーションや最適化問題を扱う分野での活用に期待を寄せている。
技術的ブレークスルーが実現した高密度実装
256量子ビット機の開発には、主に2つの技術的ブレークスルーが貢献している。
1. スケーラブルな3次元接続構造
富士通と理研は、将来的な量子ビット数の大規模化を見据え、64量子ビット機の段階から3次元接続構造を採用していた。この構造では、4量子ビットから構成される単位セルを効率的に配置することで、設計やレイアウトの大幅な変更なしに量子ビット数を拡張できる。今回の256量子ビット機では、64量子ビット機で確立した単位セル設計をベースに、この3次元構造のスケーラビリティを実証することに成功した。
2. 革新的な冷却・高密度実装技術
量子コンピュータの最大の技術的課題の一つは、量子状態を維持するための極低温冷却である。超伝導量子ビットが機能するためには、希釈冷凍機を用いて約20ミリケルビン（摂氏-273.13度）という極低温環境を維持する必要がある。
従来なら量子ビット数の増加に伴い、より大型の冷凍機が必要になるところだが、富士通と理研は画期的な高密度実装技術を開発。希釈冷凍機内部の実装密度を4倍に高めることで、64量子ビット機と同じサイズの冷凍機内に256量子ビットを収納することに成功した。
この技術では、冷凍機内部の熱収支を緻密に設計し、制御回路からの発熱と冷却能力のバランスを保ちながら、必要な超高真空と極低温状態を維持することが可能になった。
量子コンピュータの現状と実用化への道
現在の量子コンピュータは、NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum：ノイズが多い中規模量子デバイス）と呼ばれる段階にある。NISQデバイスはノイズの影響を完全に排除できず、大規模計算になるほど正確な結果が得られないという限界がある。
一方で、完全に正確な計算が可能なFTQC（Fault-Tolerant Quantum Computer：誤り訂正量子コンピュータ）の実現には、大量の量子ビットでエラーを訂正する必要がある。初期段階のFTQCで実用レベルの計算問題を解けるようになるには、少なくとも6万量子ビットが必要と予測されている。
今回開発された256量子ビット機は、NISQからFTQCへの重要な架け橋となるステップである。このシステムにより、エラー訂正アルゴリズムの実装と検証が可能になり、より大規模な量子コンピュータの実現に向けた基盤技術の確立が期待される。
なお、現在世界では既に1,000量子ビット以上の量子コンピュータも存在しているが、量子コンピューティングの異なるアプローチを試すことは極めて重要だ。理由は、一部のアプローチは真の有用性を持つレベルまでスケーリングできない可能性があるためである。
1,000量子ビットコンピュータへの挑戦
富士通と理研は連携センターの設置期間を2029年3月まで延長し、さらなる大規模量子コンピュータの実現に向けた長期的な研究開発を続けていく。両者は2026年に1,000量子ビットコンピュータの構築・公開を目指しており、これは神奈川県川崎市のFujitsu Technology Park内に建設される量子棟に設置される予定だ。
現在の超伝導量子コンピュータを大規模化するためには、量子ビットチップの設計や製造技術の高度化、高精度な量子ゲートを実現する技術開発が不可欠となる。連携センターでは、これらの課題解決に向けた基礎研究から応用研究まで、幅広い取り組みが進められている。
富士通はハイブリッドプラットフォームを通じて、金融や創薬をはじめとする様々な分野の企業や研究機関に量子コンピューティング技術を提供し、量子アプリケーションの研究開発を推進する。同時に、ハードウェアとソフトウェアの両面から量子コンピュータの実用化を加速させていく方針だ。
日本最大のデジタルサービスプロバイダーである富士通（2024年3月期の売上高は約3.7兆円）と、1917年創設の日本最大の総合研究機関である理研のパートナーシップは、量子コンピューティング分野における日本の国際競争力強化にも貢献することが期待される。
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