理研で新型量子計算機稼働【米クオンティニュアム社が設置_イオン方式の新型】

新型量子コンピューターの概要

量子コンピューターは、従来のコンピューターでは解決が難しい問題に対して新たな可能性を提供する革新的な技術です。特に、イオントラップ方式は高い精度と安定性を持ち、量子コンピューターの実現において注目されています。本章では、イオントラップ方式の量子コンピューターについて、その原理、構造、そして拡張性に焦点を当てて解説します。

イオントラップ方式の原理

イオントラップ方式の量子コンピューターは、原子から電子を1つ取り去ったイオンを電場で空間に捕捉し、その内部状態を量子ビットとして利用します。これにより、外部環境からの影響を受けにくく、長いコヒーレンス時間を実現できます。また、レーザーを用いてイオンの状態を精密に制御し、量子ゲート操作を行います。この方式は、量子ビット間のばらつきが少なく、高い忠実度を持つことが特徴です。mki.co.jp+2日経クロステック（xTECH）+2理化学研究所+2J-STAGE+1日経クロステック（xTECH）+1

理化学研究所

出典: 日経クロステック

イオントラップ方式の構造

イオントラップ方式の量子コンピューターは、以下の主要な構成要素から成り立っています。

• イオントラップ: 電場を用いてイオンを空間に捕捉する装置で、イオンの位置を安定に保ちます。日経クロステック（xTECH）+1mki.co.jp+1

• レーザーシステム: イオンの状態を制御するために、特定の波長のレーザーを照射します。日経クロステック（xTECH）

• 真空チャンバー: イオンが外部の粒子と干渉しないように、超高真空環境を維持します。J-STAGE

• 光学系: レーザー光を適切に導くためのミラーやレンズなどの光学部品で構成されます。

• 検出システム: イオンの状態を読み取るための光検出器やカメラなどが含まれます。

これらの構成要素が連携することで、高精度な量子操作が可能となります。

出典: 日経クロステック

イオントラップ方式の拡張性と課題

イオントラップ方式は高い精度を持つ一方で、スケーラビリティに課題があります。一つのトラップに多くのイオンを配置すると、制御が難しくなるため、複数のトラップを連携させる技術が求められます。その一つが「光接続法」で、異なるトラップ間で光子を介して量子情報を伝達する方法です。この技術により、大規模な量子コンピューターの実現が期待されています。日経クロステック（xTECH）+2NICT+2J-STAGE+2mki.co.jp+2日経クロステック（xTECH）+2J-STAGE+2

出典: 日経クロステック

また、オンチップイオントラップの開発も進められており、電極を同一平面上に配置することで、より自由度の高いトラップ電位の生成が可能となります。これにより、量子ビットの配置や制御が柔軟になり、拡張性の向上が期待されています。NICT+1J-STAGE+1J-STAGE+4理化学研究所+4日経クロステック（xTECH）+4

出典: 情報通信研究機構（NICT）

イオントラップ方式の量子コンピューターは、高精度な量子操作が可能であり、将来的な大規模化に向けた研究が進められています。今後の技術革新により、実用的な量子コンピューターの実現が期待されます。

新型量子コンピューター「黎明」の仕様

量子コンピューターの進化は、私たちの未来を大きく変える可能性を秘めています。特に、理化学研究所で稼働を開始した「黎明」は、その革新的な設計と性能で注目を集めています。本章では、「黎明」の仕様について、以下の3つの観点から詳しく解説します。

1. イオントラップ方式とレーザー制御

「黎明」は、イオントラップ方式を採用しており、イオンを電場で閉じ込め、レーザーで操作や測定を行います。この方式は、量子状態の保持が容易で、計算速度が速いという利点があります。一方で、量子ビットを精密に操作する必要があり、イオンを移動させる操作には時間がかかるという課題もあります。

出典: Quantinuum JapanPR News Asia+2Quantinuum – クオンティニュアム株式会社+2QUANTUM BUSINESS MAGAZINE+2

2. コンパクトな設計と冷却システム

「黎明」は、一辺が約1インチ（約2.54cm）のチップに、マイクロメートル単位の溝を掘り、イオンを閉じ込めたり移動させたりする構造を持っています。このチップは、バスケットボール大の容器に収納され、摂氏マイナス250度程度に冷却されます。容器には複数の窓があり、そこからレーザーを照射して操作や測定を行います。

出典: Quantinuum JapanQUANTUM BUSINESS MAGAZINE+2Quantinuum – クオンティニュアム株式会社+2PR News Asia+2

3. スーパーコンピューターとの連携と将来展望

「黎明」は、理化学研究所とソフトバンクの共同研究により、スーパーコンピューター「富岳」との連携を目指しています。このハイブリッドな計算環境により、エラーの発生を抑える効果が期待されています。また、米クオンティニュアム社は、2025年中に96量子ビットの量子コンピューター「Helios（ヘリオス）」を開発する予定であり、さらなる性能向上が見込まれています。

出典: Quantinuum Japan

「黎明」の登場は、量子コンピューターの実用化に向けた大きな一歩となりました。今後の技術革新と応用範囲の拡大に注目が集まります。

その他の方式を含めた現状の課題

量子コンピューターの開発は、さまざまな方式が競い合いながら進化しています。それぞれの方式には独自の利点と課題があり、最適なアプローチを模索する研究が続けられています。

主要な量子コンピューター方式の比較

出典: WIRED JapanWIRED.jp+1WIRED.jp+1

イオントラップ方式の詳細

イオントラップ方式では、電場と磁場を組み合わせてイオンを真空中に捕捉し、レーザーで量子ビットとして制御します。この方式は、量子ビット間の相互作用を高精度で制御できるため、誤り訂正に適しています。しかし、イオンの移動や配置に時間がかかり、大規模化には課題があります。WIRED.jp+1WIRED.jp+1

出典: 大阪大学Resou

中性原子方式の詳細

中性原子方式では、レーザーで冷却した中性原子を光ピンセットで並べ、量子ビットとして利用します。この方式は、同一の原子を大量に配置できるため、大規模な量子コンピューターの構築に向いています。ただし、原子間の相互作用を制御する技術がまだ発展途上であり、精度の向上が求められています。東京医科歯科大学+3blueqat+3科学技術振興機構+3

出典: WIRED JapanWIRED.jp+1WIRED.jp+1

超伝導方式の詳細

超伝導方式では、超伝導体を用いた回路で量子ビットを構成します。この方式は、既存の半導体技術を活用できるため、産業界での実用化が進んでいます。しかし、動作には極低温環境が必要であり、冷却装置のコストやエネルギー消費が課題となっています。leapleaper.jpblueqat+1leapleaper.jp+1

出典: LeapLeaperleapleaper.jp

各方式には独自の強みと課題があり、用途や目的に応じて最適な方式を選択することが重要です。今後の技術革新により、これらの方式がさらに進化し、実用化が進むことが期待されています。blueqat

 

今後の日本での対応

日本は量子コンピューター技術の発展において、独自の強みを活かしながら世界と競争しています。特にイオントラップ方式においては、精密なレーザー制御や真空技術が求められるため、日本の高度な技術力が期待されています。また、産学官の連携を通じて、量子コンピューターの社会実装に向けた取り組みも進行中です。ソフトバンク

産業技術総合研究所と英国Universal Quantum社の連携

2025年3月、産業技術総合研究所（産総研）は英国のUniversal Quantum社と、日本におけるイオントラップ型量子コンピュータとその周辺技術の開発に関する覚書を締結しました。この連携により、スケーラブルな量子コンピューティングパワーの提供や、複雑な量子アプリケーションの開発、大規模量子コンピューティングに必要な基盤サブシステムの共同開発が期待されています。 国立研究開発法人人工知能研究所

ソフトバンクと東京大学の産学連携

ソフトバンク株式会社と東京大学は、量子コンピューターの社会実装に向けた共同研究を2023年9月に開始しました。ソフトバンクは、東京大学が運営する「量子イノベーションイニシアティブ協議会」に加盟し、産学連携を強化しています。また、127量子ビットのプロセッサーを搭載した量子コンピューター「IBM Quantum System One」を活用し、量子コンピューターの新たなユースケースの発掘を進めています。 ソフトバンク+1ニュースイッチ by 日刊工業新聞社+1

イオントラップ方式の研究開発

量子科学技術研究開発機構（QST）は、イオントラップ方式による量子コンピューターの研究開発を進めています。特に、133バリウムイオンを用いた量子ビットの開発に注力しており、ノイズに強く演算精度が高い特性を持つことから、量子コンピューターの実現を加速できる可能性があります。 QST+1QST+1

さらに、情報通信研究機構（NICT）では、オンチップイオントラップの開発を進めており、電極を平面形状に配置することで、自由度の高いトラップ電位の生成が可能となっています。これにより、量子コンピューターの大規模化が期待されています。 国立研究開発法人情報通信研究機構+1科学技術振興機構+1

これらの取り組みにより、日本は量子コンピューター技術の発展において、独自の強みを活かしながら世界と競争しています。今後も、産学官の連携を通じて、量子コンピューターの社会実装に向けた取り組みが加速することが期待されます。ソフトバンク