量子技術の進化と可能性
2020年11月11日

量子技術は経済社会に大きな変革をもたらす技術として、各国が新しいコンピュータ開発に投資しており、注目されています。
各国のIT企業も積極的に投資を進め、ベンチャー企業の設立や資金調達も進んでいるのです。
その技術は情報処理や安全な社会の構築、セキュリティ、エネルギー変換やエレクトロニクスの革新など、幅広い領域での活躍が期待されています。

さらに量子技術と異分野の融合が実現することで、優位性が出る可能性があると考えられているのです。

 

量子技術とは

 

量子技術とは、量子力学の特性をあらゆる技術の実用に役立てる、物理学と工学の新しい技術です。
量子の特性である二重性、重ね合わせ、もつれなどを操作、制御することで今までできなかった多くの問題に新たな突破口を与えています。
量子重ね合わせは、超並列計算を可能にして処理速度をさらに高め、量子もつれにより目的の計算結果を引き出す性質を利用することで、数々の量子探索に適用されているのです。

量子技術は、量子情報処理、量子計測、センシング、量子マテリアルなどを代表とする量子状態の精密制御に関する高い技術領域だといえるでしょう。

 

量子技術の進化

 

従来のコンピュータでは組合せの可能性を回答することや、複雑な計算は非常に時間が必要なため不可能でしたが、量子技術を使うことで容易にできます。
多くの複雑な問題にアプローチして、一変させることができると考えられており、さまざまな国で量子技術が行われていますが、完全なものはありません。

Googleは量子超越性を達成したと論文で表明する一方で、IBMが異なる主張をするところをみると着実に技術は進化しています。
カナダのベンチャー企業D-Wave Systemsが世界初の商用アニーリングマシンを開発しましたが、組合せ最適化問題について解決しなければならない課題があるのです。

 

 

 

量子技術の領域と可能性

量子技術は人や物に役立つ領域が広く、多くの可能性を秘めています。

 

量子情報処理

ゲート型量子コンピュータや量子シミュレーションの実現は技術的課題がありますが、新奇材料や薬剤開発の効率化やセキュリティ技術の向上に貢献が可能です。
量子アニーリングでは重ね合わせを利用し、最適化問題を解くことで交通問題などの解決に役立ちます。
量子ソフトウエアでも量子計算の高速化や大規模化により、産業や社会などあらゆる分野で飛躍的なイノベーションをもたらすでしょう。

 

量子計測・センシング

量子計測、センシングは、量子状態のもろさを逆手にとり感度や精度を高め実現する技術です。
固定量子センサは脳磁、神経磁場の高度な計測によりヘルスケア、安全走行、脳疾患の予防や治療に期待されています。
もつれ光センサは、細胞の非侵襲観察などの精密計測装置に役立ち、量子慣性センサは、リングレーザージャイロより2桁の精度向上が期待されているでしょう。
光格子時計では微弱な重力変化の計測により、地震や火山に関わる防災に役立つと期待されているのです。

 

量子通信・暗号

量子通信、暗号では絶対に破られない暗号サービスや、セキュリティの危殆化がなくインターネット上で高い秘匿性あると期待されています。
衛星間や衛星、地上局間で量子鍵を配送する技術や、盗聴攻撃を探知する量子暗号装置の技術は日本の強みです。
量子の特性により超高効率の通信や、量子情報を量子コンピュータへ伝送する手段などへの応用が期待されています。

 

量子マテリアル

ナノテクノロジーの発展により、従来観測不可能だった量子現象へアクセスが可能になると予想されています。
トポロジカル量子物質を活用することで、高効率なスピン一電荷変換が可能になります。
安価で大量作製が可能な熱電変換や、単一デバイスで熱、振動、光などからエネルギーを獲得する多源環境発電も可能です。

スピントロニクス材料は超低消費、大容量メモリの実現に貢献できることや、フォトニクス材料では省エネ光源や次世代量子通信の実現に貢献できると考えられています。

 

量子技術と異分野の融合

量子技術と異分野の融合も将来的には多くの可能性があります。

 

量子AI

人工知能の高度化はSociety 5.0の実現には重要で、実際に量子コンピュータの高度化が実現することで、優位性が出る可能性が期待されているのです。
新しいアルゴリズムの開発や、教師なし学習と教師あり学習、強化学習など応用に役立つ取り組みを展開することで、競争力の高い産業の創出や諸課題の解決に貢献できます。

 

量子生命技術

量子技術を生命科学に応用し量子論により生命現象を解明し、医療技術や環境技術の進歩につながる研究が検討されています。
超早期診断や治療、抗老化など健康長寿社会の実現や、量子効果を模倣することで重要な革新がもたらされると考えられているのです。

 

まとめ

量子技術の進化と可能性は将来の産業の競争や、国家の安全など極めて重要な技術に影響します。
今はまだ確実な実証がなく問題点の解決も必要ですが、量子技術の課題に取り組み解決することで、多くの利益がもたらされるでしょう。

 

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