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2023年10月5日(木)日川 佳三（IT Leaders編集部）

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　富士通の「Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform」は、超伝導素子を用いた64量子ビット量子コンピュータ（超伝導量子コンピュータ）と、ソフトウェアシュミレーションで実現した40量子ビット量子コンピュータ（量子シミュレータ）をハイブリッド構成にした量子コンピュータシステムである。理化学研究所との共同研究で開発し、企業や研究機関に向けて提供する（図1）。

図1：ハイブリッド型の量子コンピュータシステムの概要（出典：富士通、理化学研究所）
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　ハイブリッド構成により、ノイズによるエラーを含む量子コンピュータを用いた計算結果と、ノイズを含まない量子シミュレータによる計算結果の比較などが容易になる。両組織は、量子アプリケーションにおけるエラー緩和アルゴリズムの性能評価などの研究が進むと見ている。

　「特に、量子化学計算における分子エネルギー計算や、金融分野での量子機械学習など、量子コンピュータと量子シミュレータを状況によって使い分けるアルゴリズムの開発に役立つ」（両組織）。

　ハイブリッドシステムを利用するためのフロントエンドは、Amazon Web Services（AWS）のサーバーレス技術「AWS Lambda」などを用いて構築した。APIを介して量子コンピュータと量子シミュレータにアクセスする環境を提供する。

超伝導とシミュレーションのハイブリッド構成

　超伝導量子コンピュータは、理研が2023年3月に公開した64量子ビット超伝導量子コンピュータをベースに、富士通と理研がNTTの協力を得て開発した（写真1、関連記事：理研が「量子計算クラウドサービス」公開、超伝導方式による64量子ビットの国産量子コンピュータ）。

写真1：「理研RQC-富士通連携センター」で開発した超伝導量子コンピュータの外観（出典：富士通、理化学研究所）
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　64量子ビット集積回路チップには、理研の量子コンピュータと同様の垂直配線パッケージを採用し、将来的に規模を拡大するための拡張性を備える。また、NTTが構築した量子ビット制御ソフトウェアを用いて、量子ビットを制御する精度を向上させている。

　一方、超伝導量子コンピュータと組み合わせる量子シミュレータは、富士通のスーパーコンピュータ「FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX700」をベースにしている。40量子ビットの量子コンピュータをソフトウェアによってシミュレーションする（関連記事：富士通、2048ビットRSA暗号の安全性を量子シミュレータによる実験で確認）。

量子化学計算を高精度に実行

　富士通と理研は、ハイブリッド量子コンピュータシステムの実現に必要な要素として、量子コンピュータのアルゴリズム計算の一部を量子シミュレータが担うハイブリッド量子アルゴリズムを開発している。

　具体的には、大きな分子を複数の小さなフラグメントに分割する量子化学計算手法「Density Matrix Embedding Theory（DMET）」と量子アルゴリズムを利用して、大規模な分子を高精度な計算を可能にしたという。

　「分割計算した個々のフラグメントの結果を結合する量子計算においては、計算量が小さい特徴に着目し、結合計算で部分的に量子シミュレータを用いた。ノイズ影響の大幅な低減が求められる中で、計算時間の増大を抑えつつ精度を確保した」（両組織）。

　同アルゴリズムをH12（水素原子12個からなる水素鎖）の基底エネルギー計算に適用したところ、量子コンピュータのノイズ影響を低減する、AIによる量子計算補正技術と組み合わせることで、既存の古典アルゴリズム「CCSD（T）」を上回る精度の計算を実現したという。

　両組織は今後、同技術をハイブリッド量子コンピュータ上で提供していく。また、富士通は、各種コンピューティングリソースと各種アルゴリズムを自動で組み合わせて計算するソフトウェア構想「Computing Workload Broker」の確立を目指す。

●Next：現状の量子コンピュータが抱える課題と、ハイブリッドアプローチの有効性