量子コンピュータと光方式での技術革新

量子コンピュータが2024年末から再注目されています。これは学術的な背景もありますが、既に商用化した企業もあり産業としても期待されています。
例えば、量子銘柄をパッケージにした金融商品「Defiance Quantum ETF」を見ると、2024年10月から高騰しています。

量子コンピュータの原理は、電子や光などの量子（素粒子と言い換えてOK）を制御して、うまく並列処理させて高速計算させます。

どの素粒子をどのように制御するのかで方式が異なり、下記が主なものです。（特に順番に意味はありません。）
ちなみに、量子ビットとは、我々が今のコンピュータで使う「ビット」の量子版ぐらいのイメージで大丈夫です。大きいほど高性能の可能性を秘めてます。（厳密にはそれだけではなく誤り訂正の性能も影響します）

１．超伝導方式
超伝導回路を利用し量子ビットを構成。電気回路上で操作しやすく、量子ゲートの実装が比較的容易。

２．イオン捕捉（トラップ）方式
真空チャンバー内にイオン（電気を帯びた原子）を電磁場で捕捉し、レーザー光で量子状態を制御する方式。

３．光方式
光子を量子ビットとして用い、干渉や位相制御などを用いて計算を行う方式。

４．半導体方式
半導体に閉じ込めた電子などを量子ビットとし、電圧やマイクロ波で制御する方式。

５．ダイヤモンド空孔方式
ダイヤモンド中の空孔（NVセンター）に局在する電子・核スピンを利用した量子ビット。光で読み出し可能。

６．トポロジカル方式
マヨラナ粒子などを利用し、位相的に保護された量子ビットを構成する理論的な提案（ここは基礎研究段階）

５は最近動きがあったので、過去投稿を貼っておきます。

６が一番わかりにくいと思いますし、私も正直雰囲気しかわかりません。今回は、「マヨナラ粒子」の解説をしたものを貼っておくにとどめます。Microsoftが以前よりこの方式で基礎研究を続けているようです。

上記の中で、日本がユニークな位置を占めているのが「３．光方式」です。
つい最近も、その研究グループの１つから大きな進展がありました。

ようは、
従来線形的な計算しかできなかったが、新しい方法で非線形計算まで行える道筋がついた、
という話です。

まず、光方式のメリットは、超伝導方式のように素粒子を冷やす必要がないことです。
逆にデメリットは、光は常に光の速さで動く（光速不変の原理）ため、それを制御するのが難しい、ということです。（他の主な方式は冷やすことで静止させます）

今回の研究グループは、光を鏡で反射ループさせることでうまく干渉させる装置を開発しています。
それまでは、足し算・引き算に閉じたいわゆる「線形的な計算」しかできなかったのですが、それ以外（非線形）も出来る目途がついたようです。

この結果は、NTTとNICTが開発した光発生装置とファイバーによって、従来より強い量子性を持つ光を生成し、長期間維持できるようになりました。

これは産官学の協力の成果ともいえますね。

引き続き、日本が強みを持つ光量子コンピュータの軌跡を見守っていきたいと思います。