Quemix、旭化成、東京大学(東大)、量子科学技術研究開発機構(QST)の4者は3月11日、Quantinuum製イオントラップ型量子コンピュータ「H1-1」と、東大 物性研究所のスーパーコンピュータ「ohtaka」を連携させて量子化学計算を実行し、「窒化アルミニウム」(AlN)中の複合欠陥が新たな量子ビットとして機能する可能性が明らかになったと共同で発表した。

同成果は、Quemix 研究開発部の西紘史部長、同・小杉太一主任研究員、旭化成 研究・開発本部 基盤技術研究所の武井祐樹グループ長、同・三枝俊亮主幹研究員、旭化成 デジタル共創本部 インフォマティクス推進センターの夏目穣部長、同・青柳岳司シニアフェロー、東大大学院 理学系研究科の松下雄一郎特任准教授(QST 量子機能創製研究センター 量子材料理論プロジェクトプロジェクトチーフ兼任)らの共同研究チームによるもの。詳細は、米国物理学会が刊行する応用物理学を扱う学術誌「Physical Review Applied」に掲載された。

原子・分子レベルでの材料設計は量子力学に支配される世界であり、それを扱う上では量子コンピュータが最適なため、量子化学計算こそが量子コンピュータのビジネス活用が最も早く始まる分野として予想されている。そのため、現在は誤り耐性量子コンピュータ(FTQC)の性能を最大限に引き出すための「量子アルゴリズム(FTQCアルゴリズム)」の、現実的な量子化学計算への応用例の開拓と実用化が重要課題となっている。そこで研究チームは今回、古典・量子のハイブリッド・コンピューティングで量子化学計算を行ったという。

  • スピン欠陥とそれを活用した量子技術群

    スピン欠陥とそれを活用した量子技術群(出所:旭化成プレスリリースPDF)

  • シミュレーション活用による新規スピン欠陥材料探索のフロー図

    シミュレーション活用による新規スピン欠陥材料探索のフロー図(イメージ)(出所:旭化成プレスリリースPDF)

現在の量子コンピュータは量子ビット数に限りがあるため、現実的な問題を解くには限界がある。そのため、まずはohtakaを用いて、300原子を含む計算対象に対して密度汎関数理論による粗い計算が行われた。その後、計算精度を落とさずに問題の規模を縮小するため「ダウンフォールディング計算法」を用いて、高精度計算が必要となる本質的に難しい問題領域の抽出が行われた。具体的には、複合欠陥を取り巻くAlN母結晶からの寄与を取り込みながら、複合欠陥近傍の電子状態のみが抽出された。

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