【大学研究室Vol.25】日本人は自信をもって世界と戦うべき！海外のライバル研究者に圧倒的な差をつけ、大規模汎用量子コンピュータの実現を目指す

誤り訂正が可能な量子計算機を目指す

理化学研究所のスーパーコンピュータ「京」を動かすには、年間で一般家庭の３万世帯分に相当する電力が必要で、次世代スパコンではその１００倍、つまり約３００万世帯分の電力が必要になると見積もられている。これは原発１基分の発電量に相当し、このペースでスパコンの開発・運用が続くと、それに伴う環境負荷は甚大なものとなる。

消費電力を抑え、スパコン以上の超高速計算を可能にするコンピュータとして現在、大きな注目を集めているのが「量子コンピュータ」だ。東京大学の古澤明教授は、量子テレポーテーション回路を用いた量子コンピュータ研究の権威としてその名を知られる。

「量子コンピュータが実用化されれば、電力消費を１０００分の１〜１００万分の１に抑えつつ、既存のスパコンで数千年かかる複雑な計算を、数時間で解くことができるようになります。しかし、今以上に情報社会が発展すると、情報量の増大によりコンピュータの消費エネルギー問題が生じます。そうなる前に少しでも早く、量子コンピュータを実現しなければなりません」

そう話す古澤教授は、東大卒業後に光学機器メーカーのニコンに就職。カリフォルニア工科大学留学中の１９９８年に、光子（量子）の情報を離れているもう一つの光子に伝える「量子テレポーテーション」と呼ばれる現象を起こすことに世界で初めて成功し、脚光を浴びた。帰国後に東京大学に移籍し、２００４年には３つの光子間でのテレポーテーションに成功、13年には信号転送の効率を１００倍以上に高める手法を発明。さらに、16年には、情報を伝え合う関係にある量子を無制限につくり出す技術を開発し、17年には単一の量子テレポーテーション回路を繰り返し用い、１００万個以上の量子ビットを処理できる「ループ構造を持つ光回路を用いた量子コンピュータ方式」を発明するなど、快挙というべき数々の成果を達成している。現在は、〝ループ構造方式〞での大規模量子コンピュータの開発に取り組んでいるところだ。

量子コンピュータは、10年にカナダのディー・ウェーブ・システムズ社（以降Ｄ社）が世界で初めて製品化して話題を呼んだが、古澤教授は「あれは我々の定義ではコンピュータとはいえない」と言下に否定する。「なぜならＤ社の量子コンピュータは、０・１％の確率で計算を誤る。正確な計算ができなければコンピュータとはいえない」現在、グーグルやＩＢＭなど世界の名だたる企業が巨費を投じて量子コンピュータの開発を進めているが、例えばグーグルなどは、そのままでは〝誤り訂正〞ができない物理的量子ビットである超伝導量子ビットを用いている。一方で、古澤教授は誤り訂正が可能な〝論理的量子ビット〞を用いており、「計算間違いがない真の量子コンピュータの開発では、私たちの研究室は世界のトップを走っていると自負しています。いわば誰も見えない先頭を走っているのです」と胸を張る。