分散型量子計算システムで世界をリードする量子コンピューターの誕生に期待 沖縄科学技術大学院大学「Qubitcore」

　デジタル技術の発展により、データ社会化が加速している昨今、高速かつ大量の情報処理を可能にするのが「量子コンピューター」だ。各国で量子コンピュータの開発が進められており、日本からも世界をリードする量子コンピューターの誕生が期待されている。

　そんな中、沖縄科学技術大学院大学（OIST）発のスタートアップ「Qubitcore」が、「イオントラップ型量子コンピューターを用いた分散型量子計算システム」の実現を目指して活動している。

世界各国で研究が進められているイオントラップ型量子コンピューター

「Qubitcore」が実現を目指す「分散型量子計算システム」のポイントとなるのが、「イオントラップ型量子コンピューター」だ。イオントラップ型量子コンピューターは、特定の原子から電子をひとつだけ取り除いてつくった「イオン」を、真空中で電場を使って中に浮かせてトラップ（捕獲）し、そのイオンの量子状態を量子ビットとして計算に使う仕組み。現在の量子コンピューター研究では最先端の技術で、海外でも実用化研究が進められている。

　イオントラップ型はイオンを「他のものに接触しない形」でとどめることができることから、外部の影響を受けにくい。つまりエラーが起こりにくいという特徴を持つ。しかし、同じトラップの中に複数のイオンを入れると制御が困難になるため、イオントラップ型は「大規模化できない」というデメリットがある。その問題を解決するのが、Qubitcoreの共同創業者・取締役CSOであり、OISTの高橋優樹准教授の研究だ。

量子コンピューター研究のトップランナーの知見を生かしたシステム

　高橋准教授は、内閣府が推進するムーンショット型研究開発事業のひとつ、「イオントラップによる光接続型誤り耐性量子コンピューター」のプロジェクトマネージャーを担っている。

　高橋准教授が考案した、イオントラップ型量子コンピューターの分散型量子計算システムは、独自のイオントラップモジュールを用いたQPU（量子プロセッシングユニット）どうしを光ファイバーで接続するというもの。「小さなコンピューターをつないで大きなひとつのコンピューターにする」と考えるとわかりやすいだろう。

Qubitcoreが構想する分散型イオントラップ量子コンピュータの構成イメージ（左）と、実物モックアップ

　この仕組みにより、離れたQPU同士のイオンを光子を介して「量子もつれ（エンタングルメント：一方の状態を測定すると、他方の結果が瞬時に決まるといった、強い相関が観測される量子力学特有の現象）」状態にでき、複数のQPUが協調してひとつの大きな量子計算システムとして動作するようになる。さらに、複数のQPUを束ねることで実質的に物理量子ビット数を増やし、1台では難しかった「誤り訂正（計算中に起こるエラーを抑える仕組み）」を実装できる規模に拡張。その結果、より大規模で複雑な計算処理が可能になる。

AI・機械学習や創薬など幅広い分野の進歩に期待できる

「量子コンピューター」は日常から縁遠いものと想像しがちだが、膨大な量の計算を高速で行う量子コンピューターは、AIやエネルギー、気候シミュレーションなど幅広い分野で活用が期待されているものだ。もしQubitcoreによるイオントラップ型量子コンピューターの分散型量子計算システムが実現した場合は私たちの生活にどのような影響を与えるのだろうか。

　Qubitcoreの綿貫竜太CEOによると、「AI・機械学習の飛躍的な進歩や暗号技術の進歩によるサイバーセキュリティーの強化、ロボティクス分野、サステナビリティと気候テック、創薬や材料開発など幅広い分野への活用が期待できる」と話す。特に「新素材・新薬探索の時間・コスト」がネックになっている創薬分野では大きな貢献が期待されており、これまでにないスピードで新薬の開発が行える可能性が高まる。スムーズな創薬のおかげで早期治療ができた――といったこともあり得る。

　また、近年深刻化している豪雨など災害問題も、気候シミュレーションの精度向上により予測がしやすくなり、対策がしやすくなるといったメリットも考えられる。他にも、これまで想像できなかった分野での活用により、新しいビジネスの創出も期待できるだろう。

Qubitcore 綿貫竜太CEO