在日本，第一臺量子計算機于2022年12月通過工作模型向前邁出了關鍵一步。有了它，日本國內研究人員創造的技術已成為實現成熟機器的主要候選者。量子計算機有望大大超過經典計算機運行大規模、高速計算的能力，并且在全球范圍內，開發它們存在激烈的競爭。日本正在成為研發的基地。

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埼玉縣和越市是RIKEN量子計算中心（RQC）的所在地。正是在這里，第一臺日本國產量子計算機的開發正在向前推進。RQC主任Yasunobu Nakamura正在領導開發，目標是在2023年3月底完成。

他們正在使用超導方法，這是創建量子計算機的主流方法。它也被Google和IBM等大型海外公司采用。1999年，當中村在NEC工作時，他創造了世界上第一個超導量子比特，震驚了世界，這現在是技術的核心。雖然經典計算機的位只能保存 0 或 1 作為其編碼信息，但量子計算機的量子比特可以是 0 和 1 的疊加態。因此，可以同時處理信息，從而實現超高速計算。超導量子計算機使用通過將電子電路冷卻到極低的溫度來使其達到超導狀態。為了創造這種極低的溫度環境，必須考慮設備的尺寸和布線的復雜性問題。

量子計算機愿景

日本政府于 2022 年 4 月制定的未來量子愿景指出，第一臺量子計算機組將于當年年底安裝完畢。這一愿景稱量子計算機為“科學和技術最先進的部門”。為了在科學技術霸主地位的爭奪戰中與世界其他地區競爭，日本國內生產的機器的早期開發至關重要。

第一臺機器將成為相關技術研發的試驗臺。同時，它將使我們更接近實際成熟的量子計算機。Nakamura博士說：“我們被要求盡快創建一臺每個人都可以使用的家用計算機。我認為我們的合作者將是第一個使用它的人，但我們希望擴大它的應用。我們可以在各個層面上進行研究，”例如有效地操作量子計算機的硬件。我們正在創建展示量子計算優勢的軟件，Nakamura博士說。

多元化的研究環境

在RQC，除了超導性之外，使用光子和硅創建量子計算機的研究也在進行中。即使在海外，也沒有多少研究機構擁有如此多樣化的研究領域選擇。即使方法不同，在技術問題上也有許多共同點，例如控制量子態的任務。Nakamura博士指出：“我們可以從彼此身上學到很多東西，我們可以瞄準協同效應。”

量子計算機超越芯片

然而，量子計算機的發展一直存在一個重大問題。也就是說，疊加態是否可以持續，以延長執行操作的量子比特的壽命。為了增加位數并擴大規模，有必要將它們以芯片形式放置。

副主任Akira Furusawa正在研究的光學量子計算機使用量子比特，允許光從一個流向下一個。這消除了理論壽命和芯片的必要性。

Tarucha對他的方法表示有信心，稱它解決了傳統量子比特的問題，這是一個“范式轉變”。

光量子方法利用了“量子糾纏”和“量子隱形傳態”等現象。這些是今年諾貝爾物理學獎的主題。

量子糾纏是粒子之間的一種特殊相關性，無論粒子相距多遠，它都以相同的方式表現出來。量子隱形傳態使用此屬性將信息即時傳輸到遠處位置。古澤博士是世界上第一個成功充分證明這一現象的人。由于它在室溫環境中工作并使用光，因此與當前的光通信技術高度兼容。

日本的實力

可以預期卷土重來的方法之一是硅。量子位將使用半導體技術創建。該項目由Seigo Tarucha領導，他在RQC和RIKEN新興物質科學中心領導研究。電子被電力限制在半導體的薄膜中。電子的自旋是與磁鐵相當的屬性，根據磁鐵的方向用 0 或 1 表示。（東莞芯片設計招聘網）

與其他方法相比，建立控制機制存在延遲，并且仍然局限于幾位。然而，Tarucha博士和他的團隊最近成功地執行了基本的計算操作并糾正了計算錯誤。一旦基礎技術得到鞏固，就有可能應用現有的半導體集成技術。如果是這樣，那么就可以開始商業化了。為此，Tarucha博士指出，與公司合作至關重要。公共和私營部門聯合起來，可以使光通信速度提高100倍。

他的目標是到2030年達到100到1000個量子比特的范圍。通過證明這實際上可以擴大規模，“我想鼓勵公司進入這個領域，”他說。現實情況是，目前還沒有一種特別領先的方法來實現量子計算機。除了RQC正在研究的方法外，日本公司也在基礎研究方面發揮作用。日本的優勢在于其多樣化的人力資本。