量子コンピューターの基礎を知る

　量子コンピューターは、量子の性質を利用して計算を行う新しい計算技術である。従来のコンピューター（古典コンピューター）は、「0」と「1」の二つの数字（ビット）を使って情報を処理しているが、量子コンピューターでは「0」と「1」を重ね合わせた状態の「量子ビット」で情報を処理する。これらの違いはコインの表裏で表現されることが多く、従来のビットは表と裏のどちらかが確定された状態であるのに対して、量子ビットは裏と表が確定されていない状態だ。表と裏、どちらの結果も起こる可能性を「重ね合わせ」た状態であり、これを観測することで表裏が確定する。この重ね合わせという性質によって、n個の量子ビットは2のn乗通りの状態を重ね合わせとして表現できる。

　量子コンピューターではこの重ね合わせを干渉によって制御することで、正しい答えが測定される確率を高め、計算の高速化を実現している。また量子には、複数の量子の状態が結び付き、離れた場所にいても片方（A）の量子ビットの状態が確定すると、片方（B）の量子ビットの状態がそれに対応する結果が表れる「量子もつれ」という性質もある。量子コンピューターではこの重ね合わせや量子もつれといった量子の性質を利用し、従来のコンピューターでは膨大な時間がかかるような特定の問題に対して、超高速で結果を出すことが期待されている。

「DiscordはOpenAIのAPIと連携することで、オリジナルのチャットボットを構築できます。その機能を活用して作成したのが仕事相談BOTです。業務用マニュアルを読み込ませているので、利用者が作業中に分からないことがあれば、作業画面のスクリーンショットを撮って質問するだけで業務マニュアルに基づいて作業手順を教えてくれます。漢字を読むことが苦手な利用者などは『ひらがなで分かりやすく教えて』など指示をすることで、それぞれの認知機能に応じた理解が可能になります」と田中氏は語る。

　パパゲーノ Work＆Recoveryの事業所に通所する利用者は、約9割が精神疾患によって働くことに困難を抱えている。例えば精神疾患のある人は、不安を感じやすい場合もある。人に話したり質問したりすることへの対人不安や、自分のやっている作業に100％の自信が持てないと次の作業に進められないといった確認不安を抱えているケースがあるのだ。こういった不安を覚えやすい利用者にとって、AIにいつでも何度でも質問できるという環境が、不安の解消に役立っているという。

「AIをうまく使えると、自律的に問題解決ができて仕事が進めやすくなります。実際、当事業所の利用者からは『AIボットに質問できるから安心』という声や、苦手な部分をAIで補いながら働けるという可能性を知れたことへの喜びの声なども聞いています」と田中氏は語る。

　またパパゲーノ Work＆Recoveryの利用者の中には、身体に障害のある人もいる。例えば手に麻痺がありタイピングがしにくいという人は、チャットでのコミュニケーションが短文になり、冷たい印象を与えてしまうケースもある。そうした場合に生成AIを活用してチャットで送る文章の下書きを作成することで、コミュニケーションを円滑化している例もあるという。

「精神疾患や発達障害、認知症などにより、認知機能に得意・不得意の偏りが生じる場合があります。そうした場面において生成AIを活用できれば、不得意を支援することが可能になります。視力が悪い人が眼鏡を使うことと同じように、脳の認知面の課題に対して生成AIを使って補うことが、これからの社会で当たり前になるでしょう」と田中氏は語る。

　量子コンピューターの実機研究開発においては、産官学連携も積極的に行われている。前述した理研RQC-富士通連携センターでは2023年10月に64量子ビットコンピューターを開発したほか、2025年4月には256量子ビットコンピューターを完成させている。また理研は、叡や叡-Ⅱの共同研究グループにも参画している大阪大学に対して、理研製の量子処理ユニット（QPU）を供給している。このQPUを活用し、大阪大学は2023年10月に64量子ビットコンピューターの実機を、2025年7月には144量子ビットコンピューターの実機を公開している。理研の量子コンピューター技術と、産業界の実用化技術を融合した研究開発が進められているのだ。

　理研では、量子コンピューター以外にも多様な研究が行われている。それらの各分野の最先端のプラットフォームを連携する「つなぐ科学」を実現させ、経済成長や社会課題の解決を目指す取り組みとして「最先端研究プラットフォーム連携」（通称：TRIP）構想がある。TRIPでは異分野の連携融合を促進させた計算可能領域の拡張に取り組んでおり、量子コンピューター領域ではスーパーコンピューター「富岳」と連携利用を行う理研内共同研究が行われている。

　萬氏は「本共同研究では、量子コンピューターとスーパーコンピューター（以下、スパコン）のそれぞれの得意な計算分野に応じたハイブリッド計算によって、計算領域の拡大を目指すものです。スパコンはパラメーターが増えると、データを記憶するメモリー空間が不足するため計算が困難になります。そうしたスパコンの苦手分野に対して、量子コンピューターを連携利用することで、計算可能領域の拡大が期待できます」と語る。

　具体的には叡のクラウドサービスを管理するサーバーに、スパコンの富岳から計算をリクエストするためのソフトウェアを作成・導入し、富岳で動いているプログラムから実行することで、古典と量子を組み合わせた計算を可能にする。量子コンピューターの実機はすでに稼働している一方で、実用化には技術的なハードルがあるという。部分的にでも量子コンピューターに任せることによる効果を検証することで、実用化の加速が期待できるのだ。

「量子コンピューターで用いる量子重ね合わせ状態は壊れやすく、計算に誤りが生じがちです。それを訂正する技術として『量子誤り訂正』があります。この量子誤り訂正を行う上ではスパコンの技術が有用です」と萬氏は続ける。古典コンピューターの技術と量子コンピューターの技術は相互に補完し合うことで、実用化に向けた進化を続けていくといえるだろう。

　政府は「量子イノベーション戦略」「量子未来社会ビジョン」「量子未来産業創出戦略」などに基づき、「量子技術イノベーション拠点」（QIH）と呼ばれる国内に12の量子技術研究拠点を整備している。理研はその中核組織であり、QIH活動のとりまとめを行っている。前述した大阪大学に加え、産業総合研究所（産総研）、東北大学、東京大学、といった場所にある量子技術研究拠点と連携しながら日本の量子技術全体の発展を押し進めている。また理研では叡や叡-Ⅱの運用を通した量子システムエンジニアの育成にも取り組んでおり、勉強会や共同研究を通して人材開発も推進している。ハードウェアからソフトウェアに至るまで、国産量子コンピューター研究開発の先陣を切る理研の量子コンピューター研究センターの取り組みは、今後ますます加速していくだろう。