理化学研究所、東京大学、NTT、Fixstars Amplifyの共同研究グループは2024年11月8日、光方式による新型量子コンピュータを開発したと発表した。光方式により、これまで困難だった計算課題の解決など、量子コンピュータ研究が新たなステージに進むとしている。当面は共同研究契約を通じての利用となるが、インターネットを介したクラウドシステムから利用可能である。
理化学研究所、東京大学、NTT、Fixstars Amplifyの共同研究グループは、光方式による新型量子コンピュータを開発した（写真1）。光方式により、これまで困難だった計算課題の解決など、量子コンピュータ研究が新たなステージに進むとしている。当面は共同研究契約を通じての利用となるが、インターネットを介したクラウドシステムから利用可能である。
写真1：光量子コンピュータ実機の外観（出典：理化学研究所、東京大学、科学技術振興機構、NTT、Fixstars Amplify）拡大画像表示
量子コンピュータの実現方式には、超伝導、中性原子、イオン、シリコン、光など、複数の候補がある。この中でも光方式のメリットとして研究グループは、動作周波数が光の周波数（数百テラヘルツ）まで高められること、他方式と違いほぼ室温動作が可能なこと、光多重化技術によりコンパクトに実現できること、光通信との親和性が高いこと、などを挙げる。
今回整備した光量子コンピュータは、時間分割多重化手法を用いた、測定誘起型のアナログタイプの量子コンピュータである。ビットではなく連続的な量で表される量子を基にしている。光波の振幅値が情報のキャリア（搬送媒体）となり、これに時間分割多重と測定誘起型の手法を組み合わせて量子コンピュータを実現した。
測定誘起型量子コンピュータでは、量子テレポーテーションの繰り返しによって計算を実行する（図1）。まず大規模な量子もつれを生成し、それに対して測定を介して量子テレポーテーションを繰り返し実行し、マルチステップの量子操作を実現する。大規模な量子もつれを生成するため、光の進行波としての性質と時間分割多重化手法を活用する。
図1：量子テレポーテーションの概要。入力の量子が持つ情報を、量子もつれを介して出力へと伝送する（出典：理化学研究所、東京大学、科学技術振興機構、NTT、Fixstars Amplify）拡大画像表示
理化学研究所内にある光量子コンピュータの実機を、クラウドベースで提供する（図2）。ユーザーは、量子回路をデザインし、クラウドに送信する。クラウド上で量子回路を実機パラメータへと変換し、光量子コンピュータ実機へと送る。ユーザーは、実行結果をクラウド経由で受け取る。用途として、連続変数の線形変換が可能であることから、連続量の最適化問題などへに応用できる。また、非線形変換の機能を導入することで、ニューラルネットワークなどへの応用も期待できるとしている。
図2：クラウドを介した光量子コンピュータ実行環境の概要（出典：理化学研究所、東京大学、科学技術振興機構、NTT、Fixstars Amplify）拡大画像表示
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