回顾2021年日本在高科技领域的进展，值得关注的一个领域就是量子计算。
2020年日本政府发表了《量子技术创新战略》，其中确立了“三项基本方针”。即（1）“量子技术创新”的战略部署；（2）量子技术与现有传统技术等的一体化综合推进；（3）加强量子技术创新战略、人工智能战略和生物战略的融合与协作。根据这一战略，日本的产官学联合起来，从基础研究、技术实证、以及人才培养等多方面着手，与海外研究人员进行交流，并创建开展国际性研究的“量子技术创新基地”。
说到量子计算，普遍形成的看法是美中两强相争，日本充满了危机感。
然而，量子计算技术可以分为量子计算机技术与量子计算应用技术两部分。在量子计算机架构，尤其是光量子计算机方面，确实是美中争雄。譬如，中国科学院的学者对外界表示，在超导量子计算和光量子计算方面都取得了重要进展。其中，66量子比特(Qubits)的可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”比目前最快的超级计算机快一千万倍，计算复杂度比谷歌的超导量子计算原型机“悬铃木”(Sycamore)高一百万倍。
但是，不管是谷歌的“悬铃木”，还是中国的“祖冲之二号”，错误率依然还很高，无法投入到实际应用中去。因此，有人比喻现在的量子计算机尚处于婴幼儿阶段。我们知道，量子比特通过“0”和“1”同时存在的“叠加”等来管理信息，而“叠加”等状态非常容易被破坏。虽然量子比特保存信息的时间在日新月异地增长，但以东大与IBM在川崎市运行的27量子比特“IBM Quantum System One”为例，其量子比特保存信息的时间也只有万分之一秒左右。即使使用多个量子比特执行复杂的计算，由于量子比特的状态被破坏而发生错误，因此很难得到正确的结果。
设置于东大的IBM量子计算机试验机
如果是可以纠错量子比特的“通用量子计算机”，那么理论上可以证明它能够超越传统计算机的性能。但通用量子计算机的实现还需要时间。谷歌公布了2029年实现可纠错量子计算机的路线图，但普遍认为，实现这一目标还需要20～30年。中国学者潘建伟则在接受记者采访时说：“下一步我们希望能够通过4到5年的努力实现量子纠错” 。
在量子计算机架构的研究上，日本今年也取得了不小的突破。东京大学11月17日宣布开发出“万能可操作光量子处理器”。这是一种用最小有效规模的光电路来实现“终极大规模光量子计算机”的方式。紧接着东大和九州大学在11月25日宣布开发出了量子计算机也不可破解的密码技术。在基础研究方面，信息通信研究机构(NICT)、产业技术综合研究所、名古屋大学、日本科学技术振兴机构(JST)的四者在9月20日宣布成功开发出“氮化物超导量子比特”,在超导材料上实现了不使用铝的超导量子比特。大阪大学、东京大学、理化学研究所三者于8月20日共同宣布，成功读出量子点中的3个以上多电子的自旋齐平状态。理化学研究所设立的量子计算机研究中心，下设14个研究室，8个基地，包括产业技术综合研究所、东京大学-企业联合、大阪大学、情报通信研究机构、量子科学技术研究开发机构、物质材料研究机构、东京工业大学。
大阪大学量子情報・量子生命研究中心
量子计算机架构除了光量子、超导这两种量子计算，还有离子阱、半导体量子点、冷原子等技术路径。目前还没有一种量子计算机能够适用于所有应用场景。
正因为量子计算机尚处于婴幼儿阶段，所以日本产业界将目光转向了应用技术的研究与开发。富士通与日立研发的“量子退火技术”等就是瞄准了实际的应用场景。2021年日本在量子退火技术的应用方面，不时有应用实例被媒体报道。譬如，在10月27日至29日举行的“第2届量子计算秋季博览会”上，迪克路技术公司（D-CLUE）展示了搭载正在开发中的量子FPGA的易感机；10月25日凸版印刷对量子退火实现物流业务高效化进行实证实验；11月12日 NTT公开了面向超导量子计算机的纠错方法；11月16日 大阪市立大学开发出容易在量子计算机上运行的量子化学计算算法；NEC于12月7日宣布，将在全球销售D-Wave系统的量子计算云服务“Leap Quantum Cloud Service”。以期对大规模组合优化问题进行高速解决等等。
与各个企业的技术攻关相比，影响未来产业布局的是产业联盟或者产学官三方的动态。这方面有两个重要的联盟。一个是7月30日由东京大学牵头成立的“量子创新协会”(QII协会)”，另一个是由丰田汽车牵头成立的“基于量子技术的新产业创造协会（Q-STAR）”。
QII协会的事务局由东京大学担任，成员有庆应义塾大学以及产业界的JSR、DIC、东芝、丰田汽车、日本IBM、日立制作所、日本瑞穗金融集团、三菱化工、三菱UFJ等。会长由瑞穗金融集团会长佐藤康博担任，项目负责人由东京大学研究生院理学系研究科教授相原博昭担任。
Q-STAR则有24家企业参与，是一个以实现利用量子计算机等量子技术的下一代IT技术为目标的协会。由东芝、NEC、日立制作所、富士通等IT企业，以及丰田汽车等将量子技术用于实业的用户企业等组成的民间团体。该组织的目的是研究如何将IT企业正在开发的量子技术应用到实际商业中，预计在2030～2050年实现量子技术的实用化。
明知道通用量子计算机的实现上需要时日，日本的著名企业却都争相接触不完善的量子计算机。上述Q-STAR与QII进一步互相渗透，丰田、三菱UFJ、索尼集团、日立、三菱化工等作为正式会员交叉加入了东大的QII。为了能够使用东大与日本IBM设置在川崎市的量子计算机，正式会员的会费包括共同研究合同等在内，需要缴纳5000万日元以上。
这些企业之所以想在现在这个时候接触处于婴幼儿阶段的量子计算机，原因不外乎两个。其一，即使是无法纠错的量子计算机，也有可能在不久的将来通过量子比特的增加而发挥实用性。其二，各企业都希望在量子计算机普及之前，领先于竞争对手，培养出“量子自主”人才。
日本产学官并举，未雨绸缪，着眼于量子计算应用技术的研发，或许可积累解决实际问题的经验，为未来量子技术的全面竞争打下坚实的基础。
供稿 / 戴维
编辑修改 / JST客观日本编辑部
