回路シミュレータで加速する量子コンピュータの実用化

実用化に最も近い量子コンピュータ

量子コンピュータの開発は日進月歩です。数あるタイプの中で注目されているのは、「超伝導量子コンピュータ」です。日本でも簡単な超伝導型が開発され、実用化が現実味を帯びてきています。
超伝導量子コンピュータは、超伝導状態で電気抵抗ゼロの金属の小さな輪の中を、たくさんの電子が永遠に回り続ける性質を利用します。この電子1個が回る方向（右／左）に1／0を当てはめて、1量子ビット（ビット＝情報の単位）の信号とします。通常、「電子1個の状態」という非常に微弱な信号は周りのノイズで壊れやすいのですが、この方式だと安定するため、もっとも実用化に近いと言われています。

量子コンピュータ回路のシミュレータ

超伝導型では最近、400量子ビットという、従来の何倍もの情報量を扱えるようになりました。量子ビットをさらに増やして、実用で役立つ計算を可能にする研究が進んでいます。
そうした中、回路シミュレータの開発も進んでいます。コンピュータ回路には信号を処理する「素子」が何百万個も使われます。量子コンピュータでも、どのような回路で素子をつなげたらうまく計算できるか、機械を作る前にシミュレーションを繰り返して設計に反映させます。それを自動で行うシミュレータが、実用化を加速させると期待されています。

普通のコンピュータとの接続も

超伝導型では電子の状態は安定するものの、従来のコンピュータに接続できないのがデメリットです。それを解消するために、微小な半導体に電子1個を閉じ込めて、電子のスピン（自転）の向きで1／0を決めるタイプもあります。電子には「波」としての性質もあり、スピンの向きで波形が変わるため、その波形を普通のコンピュータで扱えるまで増幅させて情報処理するのです。
このタイプは電子の状態が安定しないものの、最近、従来のコンピュータと接続する回路のシミュレーションに成功しました。こうした多方面の研究により、量子コンピュータの実用化が近づいています。

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帝京大学理工学部情報電子工学科教授棚本哲史先生

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量子工学、量子情報科学、電子回路

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メッセージ

今、技術はものすごいスピードで進歩しています。ずっと先の未来のものだと思っていた量子コンピュータについても、ここ2～3年で実用化に向けた進展がありました。できるだけ早くいろいろなことを勉強しないと世の中についていけなくなってしまいますが、逆に言えば、たくさん勉強したら今まで見たこともないような新しい技術開発に携わることができる時代です。スマホが登場した時に、多くの人がびっくりしたりワクワクしたりしましたが、自分がそういう画期的な何かを創る人になることも可能なのです。

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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。