回顾2023年日本在科技创新方面的成果，最瞩目的当属三台日本国产的量子计算机。
3月底由理化学研究所（理研）牵头开发出日本国产的第一号量子计算机；紧接着10月富士通公司公布了第2号量子计算机；11月由大阪大学开发的第3号量子计算机也正式向公众展示。
以大阪大学QIQB为核心的团队开发的第3号日本国产量子计算机（图片出自大阪大学官网）
此外，日本产业综合研究所也正在紧锣密鼓地研制量子计算机。
日本在短短的一年里连续推出三台量子计算机，一举填补了日本国产量子计算机的空白，在门电路方式的量子计算方面，成为继美国之后成功研制量子计算机的国家。
量子计算机主要有两种方式：即门电路方式与量子煺火方式。前者则由IBM、谷歌等美国的跨国公司领衔，被业界普遍认为是可以用于解决任何问题的万能量子计算方式；后者的用途瞄准组合优化问题，主要开发厂商是加拿大的D-Wave System。日本厂商在这方面的研发专注于实用化的数字量子退火技术。因此，三台量子计算机的诞生，使得日本一跃跻身于量子计算机研制强国之列。
为什么日本能在短时间内接连开发出三台量子计算机呢？
笔者认为这与日本的研究开发体制有很大的关系。只要对国产1号机到3号机的开发过程进行一番考察，相信读者就会得出这一结论。
理研牵头的国产1号量子计算机(爱称“叡”)开发成员有：理化学研究所、产业综合研究所、情报通信研究机构（NICT）、大阪大学、富士通、NTT等。这是一个产学共同参与的国家研究开发项目，这台机器安装在位于埼玉县和光市的理化学研究所内。富士通与大阪大学都是该项目的成员，这也就为后续2、3号机的面世埋下了伏笔。
对于大型研究开发项目，参与开发的国立研究机构、大学、以及民间企业之间有明确的知识产权归属协议。这样，开发者就可以厘清哪些是属于自己的权利，哪些是归属该项目的共同权利，从而在项目开发过程中积累属于自己的专属经验与知识（Knowhow）。
超导量子计算机“叡”（图片出自理研官网）
在1号机的研制过程中，富士通既参与了硬件（量子计算机的核心部件）的开发，也参与了软件的开发。富士通还是超级计算机“富岳”的制造商，拥有数字量子煺火的技术，在软硬件两方面都有厚实的积累。两年前，富士通与理研就设立了量子合作研究中心，因此，两者的合作既有在国家项目中的协作，也有二者之间的合作。有了这样的铺陈，当1号机完成以后，富士通联合理研开发2号机，就成为顺理成章之事。
超导量子计算机2号机（图片出自富士通官网）
那么，2号机与1号机有什么不同呢？
1号机与2号机在硬件结构上采用了相同的布线方式，都是64量子比特。由于量子计算机的抗干扰能力很弱，64比特的量子计算机，用业内人士的话，好比一台高级玩具。远远不能释放量子计算机被期待的威力，更不用说投入商用了。
门电路式量子计算机要达到商用的目的，必须实现两点。其一、物理量子比特数达到或超越百万；其二、软件纠错能力达到或超越古典计算机。这两者在现阶段都还是很遥远的目标，尤其是硬件方面，物理量子比特数实现几何级数般的飞跃尚需要时日。
因此，在现阶段让这台高级玩具发挥威力的手段就是让其与超级计算机互动，这样就必须开发实现这种互动的算法。富士通是超级计算机厂家，同时又积累了量子计算的Knowhow，所以，2号机与1号机最大的不同，就是用超算与量子计算混合仿真器开发量子计算算法。这是一举两得的策略，既可以为将来的大规模量子计算机设计算法，又可以在现有的条件下进行限定用途的量子计算，把“玩具”实用化。
在纠错算法方面，大阪大学实力很强。两年前的2021年10月，富士通就与大阪大学合作，在大阪大学的“量子情报与量子生命研究中心”里开设了“富士通量子计算共同研究部门”，专门研究量子容错与纠错算法。今年三月份该共同研究开发出一种算法，使得在中等规模（一万物理量子比特）的环境下实现高精度量子纠错成为可能。同时，大阪大学与富士通合作开发新的量子计算软件结构，将物理量子比特向逻辑量子比特转换时产生的干扰大幅降低。
大阪大学推出的国产3号量子计算机，其主要攻关方向正是量子纠错算法。
通过今年公开的三台量子计算机的开发过程，可以看出，日本产学联合开发模式中的强强结合、连环套、齐头并进的运作方式，使得积累知识与经验的途径大大地缩短，从而让科学研究迅速转化为技术与产品。
那么，在这种模式的推动下，明年日本又将会推出几台量子计算机呢？
供稿 / 戴维
部分图表出自日本“企业麻将对抗赛联盟”官网
编辑 JST客观日本编辑部
