富士通株式会社と大阪大学は、初期故障耐性量子コンピュータ(early-FTQC)における化学物質エネルギー計算のための技術フレームワークの開発を報告した。このアプローチは、STARアーキテクチャver. 3と分子モデル最適化技術を組み合わせることで、計算リソース要件を削減する。この統合は、現在は古典的スーパーコンピュータのメモリと処理能力の限界により制約されているタスクである、触媒分子の高精度エネルギー計算を実用的な時間枠内で可能にするよう設計されている。
STARアーキテクチャver. 3は、位相回転ゲート量子計算モデルを利用し、以前のバージョンと比較して計算精度を10倍以上向上させる。位相回転ゲートと論理Tゲートを統合することで、このアーキテクチャは、より少ない総量子ビット数で複雑な分子計算を可能にする。この設計により、量子ビットの物理エラー率要件が0.01%から0.10%に緩和され、百万量子ビットアレイの即時的な必要性なしに、近い将来のハードウェアで故障耐性動作を展開することが可能になる。
関連する分子モデル最適化技術は、分子モデルを特定の構成項に分解することで量子回路の生成を洗練させる。この方法論は、各項の計算された重要度に基づいて時間発展とランダムサンプリング技術を選択的に適用し、近似精度を維持しながらモデルを再構築する。この項の重要度の的を絞った再分配により、生成される量子回路のゲート総数が最小化され、総計算時間の定量化可能な削減につながる。
これらの技術の検証には、シトクロムP450、鉄硫黄クラスター、ルテニウム触媒のエネルギー計算が含まれた。結果は、STARアーキテクチャver. 3が、これらの特定のケースにおいて従来のFTQCアーキテクチャで必要とされる量子ビット数の1/15から1/80に削減することを示している。さらに、両者は、物理エラー率0.10%に緩和された量子ビットを利用する場合でも、これらの分子の正確なエネルギー計算が初期FTQCシステム上で技術的に実行可能であることを確認した。
これらの技術の実装により、最適化されていない方法と比較して、予測される計算時間が3桁短縮された。以前は数千年規模の実行時間を要していた計算が、エラー率0.10%で約35日、0.01%で10日と推定された。富士通と大阪大学は、複数の量子プロセッサにわたる並列計算を通じてこれらの期間をさらに短縮し、アンモニア合成、炭素リサイクル、医薬品開発における産業応用を目指している。
STARアーキテクチャの進化と分子検証結果の完全な技術的詳細については、公式プレスリリースを参照されたい。STARアーキテクチャに関する技術詳細も入手可能である。
2026年3月25日
