量子コンピュータ・電子の波を作る素子をデザイン

量子コンピュータの開発に向けて

これまでのデジタルコンピュータに対して、次世代となる量子コンピュータの開発・普及が急がれています。量子コンピュータは、従来のコンピュータが不得手だった、社会の複雑な問題を早く解決することに役立ちます。電子の波を起こして計算を行うのですが、非常に微細な世界なので制御が容易ではありません。現在、半導体を用いた量子ビットの数は1桁でしかなく、スマホでも使われている電子素子の最先端技術を用いて、何万、何億まで制御できる素子と回路を開発していくことが、世界中の研究者の課題となっています。

シミュレーションで電子の波を起こす

半導体で制御する量子コンピュータを開発していく場合を考えてみましょう。半導体素子の最も短い部分の長さは、シリコン原子20個以下の非常に微細な世界です。その世界では、電子が波であるという性質が出てきます。「電子の波」は当然目に見えませんが、水の入ったバケツを揺らすと、定在波の決まった形で山と谷になる、そのようなふるまいのことを指します。研究開発では、その波をコンピュータでシミュレーションして可視化します。三次元CADなどを用いて、量子コンピュータをデザイン・設計していくわけです。電子の波はデリケートで、すぐに壊れてしまうため、より長く保てる波が作れる素子のデザイン、そしてその素子を効率的に読むための電子回路が必要となります。

量子とAIが結びついた世界

量子コンピュータとＡＩが結びついたとき、社会の複雑な問題を解決することが期待されています。身近にある交通渋滞の緩和も一例です。ビジネスのさまざまな課題解決はもちろん、アルバイトのシフト表を組むといった作業も、実は組合せ最適化問題を解決しやすい量子コンピュータが向いています。世の中はどんどん複雑になっているので、組合せ最適化問題はいたるところにあるといえるでしょう。コロナウイルスのような新しい感染症を起こすウイルスに対抗する薬の開発についても、時間短縮のメリットが期待されています。

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先生情報 / 大学情報

帝京大学理工学部情報電子工学科教授棚本哲史先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

応用物理学、量子情報科学、電子回路

先生が目指すSDGs

メッセージ

量子コンピュータは、高校生のあなたが社会に出る頃には、設計に携われるようになるだろうと期待されています。さらにAIとの融合で複雑な社会の課題を解決していくことが期待されています。「量子とAI」が結びついた世界がそこまで来ているのです。物理、工学、ITの融合分野なので、未知のことが多く挑戦しがいのある分野です。ですから、大学で学ぶことは非常に多いですし、刺激的な領域です。未来はあなたたちが切り拓いていくのです。日本の製造業を救うかもしれない挑戦を、してみませんか。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
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帝京大学宇都宮キャンパスは栃木県宇都宮市の北西部の高台にあるキャンパスで、理工学部の4学科（機械・精密システム工学科、航空宇宙工学科、情報電子工学科、バイオサイエンス学科）をはじめとして、医療技術学部柔道整復学科、経済学部地域経済学科が開設され現在は文系・医療系・理工系を擁するミニ総合キャンパスとなっております。それぞれの学問領域で交流を図りながら各分野のスペシャリストとして、将来、さまざまな分野の核として、地域に貢献できる人材を育成します。