理化学研究所(理研)が今年3月27日に、次世代の高速計算機といわれる、量子コンピューターの国産初号機の稼働を始めました。
インターネット上のクラウドサービスで公開しています。
企業や大学などに利用してもらい、将来の産業応用に向けた知見を蓄積していく方針です。
量子コンピューターは米中が先行してきましたが、日本も開発競争に名乗りを上げ、巻き返しを狙います。
国内では2021年に神奈川県・川崎市に米IBM製の量子コンピューターを設置しましたが、国産機の設置・稼働は初めてのこと。
性能の目安となる「量子ビット」は理研製が64で、IBM製の27量子ビットを上回っています。
古典的なコンピューターのビットは「0」か「1」の値で認識しますが、量子ビットは「0」でもあり「1」でもあるという認識(重ね合わせ状態)で、計算量が飛躍的に増加します。
64量子ビットは2の64乗の計算ができるということを意味します。
量子コンピューターは複雑な問題をスーパーコンピューターの1億倍以上のスピードで解く可能性を秘めているとのことです。
理研の初号機の開発には富士通やNTTも参加し、政府も国費を投じて支援してきました。
25年度には100量子ビット超の次号機の開発する予定と報じられています。
量子コンピューターは問題を解く方法の違いにより、量子ゲート方式と量子アニーリング方式に分類されます。
量子ゲート方式は量子状態にある素子の振る舞いや組み合わせで計算回路を作り、問題を解いていきます。
この中には超電導物質の電荷や電流を利用する超電導方式、空中に浮遊したイオンの電子を利用するイオントラップ方式などがあります。
グーグルやIBMなどが開発を進めているのは超電導方式です。理化学研究所は超電導方式。
一方、量子アニーリング方式は組み合わせ最適化問題を解くことに特化しています。
カナダのDウェーブ・システムズやNECがこの方法を採用しています。
量子ゲート式は、NECの研究員だった中村泰信氏(現理研・量子コンピューターセンター長)が発明。量子ビットが1個という基礎的なコンピューター素子を作成しています。
量子アニーリング方式の基礎理論を確立したのが、東京工業大学の西森秀稔教授。やはり日本人なのです。
日本は基礎研究でリードしながら、実用化に向けた動きで米国勢の後塵を拝してきた格好です。
量子コンピューターの用途(例)
- 化学・素材開発(半導体材料、人工光合成、太陽光発電など)
- 自動車・物流(EV用電池の高性能化、走行ルートの最適化、自動運転など)
- 金融(ポートフォリオの最適化、リスク評価)
- 製薬(画期的な新薬開発)
課題は計算の際にエラーが生じることなど。米中も技術的な課題を抱えている。
初号機で知見を蓄積し、問題の解決を目指すということです。
量子コンピューター関連6銘柄をピックアップ!
理研と量子コンピューターの開発を実施。
21年4月に埼玉県・和光市に理研との連系センターを設置。
約20人の研究者が参加して開発してきた。
今回の初号機も和光市に設置されている。
自らも量子コンピューターを開発。
初号機の開発に携わる。
23年6月に同社と理研、東大などと43GHzでのリアルタイム量子信号測定に成功したと発表。
スーパー量子コンピューターの実現や既存のコンピューターの高性能化、省電力化が期待される。
IBMが提供する量子コンピューター「IBM Q」は世界最大規模のネットワークを形成。
同社はIBM Qネットワークパートナーとして参画。
量子コンピューターの応用先として実用化が早期に期待されるのは高度な量子化学計算によるシミュレーション。
JSRはこの技術をいち早く自社の材料開発に活用すべく、量子化学計算技術の開発・取得に取り組む。
特に半導体向け材料の開発などに導入する見込み。
23年2月に慶應義塾大学、日本IBMはIBM Q ネットワークハブ(慶大量子コンピューティングセンター内)にて「光機能性物質のエネルギーを求めるための量子コンピューターを用いた新たな計算手法」を開発し、ネイチャー・リサーチ出版社の専門誌に掲載されたと発表。
量子コンピューターを用いた計算には必ず誤差が含まれるため、これを最小限に抑える量子回路の設計が重要。
今回、この計算手法を開発。
次世代電池の開発に使う見通し。
22年7月に、東京大学と「量子コンピューターでのCO2の振動エネルギー準位の計算」関する共同論文を発表し、著名雑誌に掲載されたと発表している。
準位とは量子力学の用語で、あるエネルギーを持つ量子状態のこと。
アナリストによれば「量子コンピューターがCO2の吸着材や人工光合成などための計算に役立つことを示唆している」という。
中期経営計画で2030年度までに1メガビット級のシリコン量子コンピューターを開発する目標を掲げる。
量子コンピューターは日本初の破壊的イノベーションの創出を目指す「ムーンショット型研究開発事業」の対象。
日立はその事業の一環としてシリコン型量子コンピューターの実用化を目指す。
シリコン型は集積化しやすく、冷却器を小型化できるメリットがあるという。
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