コンピューティングと計測・センシングの限界を打破する量子技術（後編）：福田昭のデバイス通信（428） 2022年度版実装技術ロードマップ（52）（1/2 ページ）

今回は「2.6.5.2　量子コンピュータ」と「2.6.5.3　量子計測・センシング」の概要を紹介する。

[福田昭，EE Times Japan]

ご注意
　今回は前編の続きです。まず前編を読まれることを強く推奨します。

量子コンピュータへの大きな期待と困難な課題

　前編（前回）では、第2章第6節第5項「2.6.5　量子技術」の最初の項目「2.6.5.1　はじめに」の概要を説明した。今回は「2.6.5.2　量子コンピュータ」と「2.6.5.3　量子計測・センシング」の概要をご紹介する。

第2章第6節第5項「量子技術」の主な目次。「2022年度版　実装技術ロードマップ」（書籍）から筆者がまとめたもの［クリックで拡大］

　注目度から見ると、量子技術に期待される最大の応用は「量子コンピュータ（Quantum Computer）」だろう。従来のコンピュータを超える存在になると期待されており、世間や大マスコミなどの注目度は低くない。

　従来のコンピュータと量子コンピュータは何が違うのだろうか。従来のコンピュータは、情報を2値のビット（論理値の「高（1）」あるいは「低（0）」）に換算して扱う。「2進法」表現とも呼ぶ。例えば4値を扱うときは、2個のビット（bit）で表現する。なお量子コンピュータと対比させるときは、従来のコンピュータを「古典コンピュータ（Classical Computer）」と呼ぶことが多い。

　量子コンピュータは、「量子ビット（qubit）」を扱う。量子ビットは「観測あるいは測定するまで論理値が「高（1）」あるいは「低（0）」であるかが定まらない」「2つの論理値が重なった状態（重ね合わせ状態）にある」という性質を有する。

　この量子ビットを計算に利用すると、特定の計算処理では古典コンピュータをはるかに上回る性能を実現できると考えられている。ただし量子ビットの作成と維持には技術的な困難が伴う。特に問題なのは、量子ビットの状態（「コヒーレンス」と呼ぶ）が非常に脆弱であり、外部電磁界や熱などの侵入によって簡単に壊れてしまう（「デコヒーレンス」と呼ぶ）ことだ。

　量子ビットを生成する技術には、超電導量子ビット、イオントラップ、半導体量子ドット、光子、トポロジカル量子ビット（マヨナラ粒子）などがある。その多くは熱雑音の影響を排除するため、絶対零度に近い極低温環境で論理回路を動作させている。

量子コンピュータの研究開発に関する現状のまとめ。希釈冷凍機によって絶対零度（マイナス273.15℃、0K（ケルビン））に近い極低温状態（100mK前後）を作り出している。写真の希釈冷凍機は、Microsoftが開発中のトポロジカル量子ビットを利用したコンピュータ向けとみられる［クリックで拡大］ 出所：JEITA　Jisso技術ロードマップ専門委員会（2022年7月7日に開催された完成報告会のスライド）

　このほか、誤りに強い量子コンピュータは少なくとも1万個の量子ビットを要する、誤り訂正技術の実装が不可欠である、電磁界シールドが必要、などの課題を抱える。