日本的第一台国产量子计算机正式公开。
2023年3月27日举行的记者发布会上，公开了由理化学研究所（理研）牵头开发的日本国产一号机的详情。这是一台采用超导门电路方式的通用量子计算机，硬件部分由理研、产业综合研究所（产综研）、富士通公司等联合研发。软件部分由大阪大学与NTT等研发。
理研在云端公开的日本首台国产量子计算机
在国产一号机官宣之前，日本国内已经有外企量子计算的商用化服务。如IBM设在川崎市的量子计算机与东京大学等学术机构合作开展的一系列科研活动；由美、英、加等国新兴企业通过亚马逊AWS云服务平台提供的量子计算服务。
同时，产综研牵头也在研发日本国产量子计算机。
在此背景下，日本国产量子计算机一号机的出台，不仅填补了日本国内的空白。对于今后量子计算的研发，也有着深远的意义。
日本国产一号机只有64个量子比特（Q-bit），而世界上目前同类型（超导、门电路方式）的量子计算机的量子比特数最大的是IBM在2022年11月公开的433Q-bit的Osprey。这个量子比特数是IBM公司2021年公开的Eagle的三倍，是2019年公开并在日本投入运行的Falcon（仅有27个Q-bit）的16倍。IBM宣布将在2023年推出量子比特数为1121Q-bit、名为Condor的量子计算机。
从传统的计算机角度看，64比特微不足道，即使1121个Q-bit，也只能当个玩具。起码要有数百万级的Q-bit，才能达到大规模的产业应用。然而，基于量子力学原理的量子计算技术，因其独特的量子纠缠现象，即使在量子比特数很少的情况下，也能实现惊人的计算量。1994年麻省理工学院的数学家彼得・肖尔教授发表了在现实时间内解决质因数分解的算法。在此基础上，他发出警告说:“如果量子计算机实现了的话，支撑计算机通信安全性的密码将被破坏”。该警示引起了人们的关注，并成为量子计算机开发竞争的起点。第二年，肖尔提出了实现量子计算机理论中缺乏的“纠错功能”的方法。有了理论的支撑，实际上只要数个Q-bit的量子计算机就可以在特定的领域超越传统计算机。谷歌在2019年开发的53Q-bit量子计算芯片Sycamore，短时间解决了超级计算机无法计算的问题。
日本在量子计算领域“官学产”相结合，集中了举国的力量搞研究开发。日本内阁府2020年制定的到2050年的壮大的“登月型技术开发项目”里，第六个目标便是实现“耐误差的通用量子计算机”。基于该目标，日本建立了一个叫Q-LEAP的“光・量子飞跃旗舰”工程，涵盖了量子技术的主要项目，如“量子信息处理（包含量子模拟器、量子计算机）”，量子测量与传感，以及新一代的雷达技术。Q-LEAP旗舰工程的“量子测量与传感”领域，又开设了另一个旗舰项目，着重于研究融合量子与生命技术在新药开发与生命科学上的革新。
量子科学技术研究开发机构：Q-LEAP光・量子飞跃旗舰工程
由民间企业组成的产业联盟Q-STAR，下设了5个部会：量子波动与量子概率论应用部会、量子重叠应用部会、最佳组合问题部会、量子密码与量子通信部会、量子城市推进部会。与侧重基础研究的Q-LEAP相比，Q-STAR更侧重于量子技术的产业应用。为了推进各个应用部会的项目，Q-STAR下设了8个工作组：政策提议工作组、标准化提案工作组、实验协调工作组、研究开发协调工作组、海外产业协调工作组、长期计划策定工作组、法律与合规工作组、人才培育工作组。
Q-STAR产业联盟的应用部会着眼于2050年以远的社会与产业变化，用长期路线图展示经济与产业构造的变化，从而提出崭新的服务解决方案。比如，针对再生医疗与长寿的创药研发，针对提高能源效率的技术研发，针对气候与环境变化的预测技术的研发，二氧化碳回收与利用技术的研发等等。在应用范例方面，又细划分了材料、金融、优化组合、人工智能机械学习等代表性的范例。
日本的产学联盟里，对这些主要技术都有涵盖。由于篇幅限制，在此不再赘述。
说起来，1998年世界上最初开发出量子比特（Q-bit）的，就是日本的科学家。但是，因为量子比特存在容易被损坏导致计算出错的难题，量子计算机的研制在相当长的时间里停滞不前。尽管日本在量子纠错方面，积累了一定的实力，刚刚研发成功的国产一号机，暂且只能进行基础性的小型计算。但是，拥有了自主研发的实体机，并且通过云端计算向外部的共同研究人员开放，积累民间的经验，就可以在这个“玩具”身上，进一步地研究解决各种课题的方法。
国产一号量子计算机的硬件（量子比特）采用了通用型的超导方式，与IBM、谷歌是相同的技术路线。而目前国际上的量子比特技术，在超导方式以外，还有离子阱、光量子、中性原子、半导体量子、以及量子退火技术等等。尤其是离子阱所占份额跟超导互相伯仲，受一些新兴企业青睐。
在国产一号机这个有限的“玩具”以外，日本的产业界已经在踏踏实实地作长远的布局。基础研究与应用研究相结合，未雨绸缪，未来当量子计算机在硬件方面取得突破性的进展时，各种解决实际社会课题的应用便会应运而生。
供稿 / 戴维
编辑修改 / JST客观日本编辑部
