量子コンピュータ開発のその先へ　汎用量子ネットワーク構築を目指す科学者

美ら島の国境なき科学者たち更新日：2021.03.10 公開日：2021.03.10

久保結丸博士は、計算、設計図作成や装置の製作などを進める一方で、チームリーダーとして事務作業も多くこなしている

AIやIoTの活用が進んでいる私たちの世界には、膨大な量のデータが存在し、またそれを高速で処理する必要性が生じています。スパコンの演算能力をはるかに超えると言われる「量子コンピュータ」が実用化すれば、テクノロジーに革命が起こる可能性もあります。このために、実用的で性能が高く、かつ完全に安全な量子ネットワークを開発する研究も世界中で進められています。これが実現すると、現在ではどうしても不可能な規模の複雑な計算が可能になるばかりでなく、量子コンピュータ同士の通信もできるようになるでしょう。そのためには、まずネットワークのすべての要素を実現化し、構築する必要があります。

この量子ネットワーク開発に取り組んでいる科学者の一人が、沖縄科学技術大学院大学（OIST）の久保結丸博士です。久保博士は、昨年国立研究開発法人科学技術振興機構（JST）の「ムーンショット型研究開発事業」に採択された、量子コンピュータネットワークに不可欠な量子変換器の開発を目標としたプロジェクト（プロジェクトリーダー：大阪大学山本俊教授）にも参加しています。

今年初め、筆者は久保博士に話を聞きました。

――量子変換器とは何ですか？

「量子ネットワークに必要なものです。将来的には、多くの場所に分散された量子コンピュータ同士を、光ファイバーで接続したいと考えています。量子変換器は、量子コンピュータ同士が通信したり、量子情報を別の場所にあるコンピュータに送ったりするのに役立ちます。
量子変換器はコンピュータから電気信号を受け取り、それを光信号に変換して長距離転送し、別の量子変換器がその光信号を取り込んでまた電気信号に変換します」

――量子変換器はどのように機能するのですか？

「変換器は双方向に作動します。私の研究では、人工ダイヤモンド結晶のかけらを使っていますが、その中には不純物スピンが含まれており、これらのスピンが変換に役立ちます。現時点ではまだ理論的なものですが、海外の研究では実証実験が行われています。汎用量子コンピュータと量子ネットワークの構築を目指すこのプロジェクトに参加できることにとてもワクワクしています」

――量子ネットワークはなぜ必要なのですか？

「量子コンピュータができれば、通常のコンピュータやインターネットと同じように、ネットワークに接続することを考える必要があります。量子コンピュータのネットワークは、すべての情報を保存できるように、変換効率が100パーセントでなければなりません。また、ネットワークは非常に安全で、ハッキングを許しません」

――量子コンピュータ研究の最終目標は何ですか？

「因数分解や複雑な計算など通常のコンピュータをフリーズさせてしまうような特定のタスクに非常に強い量子コンピュータのネットワークを構築します。そして、そのネットワークが世界中の機関で使用されるようになります。しかし、それだけではありません。基礎研究や産業の発展の歴史が物語っているように、この研究からさらに多くのワクワクするような驚くべき成果が生まれることは間違いありません。それがどのようなものかは現時点は予測できませんが、いつか分かるでしょう。半導体やレーザー産業が良い例です。今では自動車、電話、さらには外科手術に至るまで、あらゆるところで使用されている装置ですが、発明されたばかりの頃には、誰も予想できなかったことです」

科学者への道

神奈川県で育った久保博士は、高校を卒業したとき、自分のやりたいことが明確に定まっていなかったので、基礎物理から化学にいたるまでの幅広い選択肢がある工学系の学部に進みました。

久保博士は、材料科学と量子物理学の博士号を取得後、博士研究員（ポスドク）としてフランスに渡りました。フランスで6年半過ごした後、日本への帰国を決意した時、就職先として2つの選択肢がありましたが、母親が沖縄出身であることから、何らかの形で沖縄に貢献したいと考え、沖縄で研究する道を選びました。

「私の名前である『結丸』は、沖縄の古い言葉から来ています。『ゆい』は、島のあちこちで聞かれる言葉で、『結ぶ』という意味があります。『ゆいまーる』とは、人と人がつながり、お互いに助け合うということを意味します。この島では大切な概念で、そのおかげで私たちは生き延びてきたのです」と久保博士は説明します。

量子エンジニアである久保博士は、計算や設計図の作成に取り組む机と、装置を作る実験室の間を行き来しています。

OISTの実験室でいつか汎用量子コンピュータに寄与するかもしれない装置を製作している久保博士

「私が実証実験している装置の中には、実際に量子コンピュータの製品になるものがあるかもしれません。そう思うと、とてもワクワクします。新しい量子デバイスを実現するのは本当に楽しいです」と久保博士は言います。

「日本は量子研究の歴史に豊んでいます。実際、最初の人工量子システムは日本で発明されました。日本電気株式会社（NEC）の研究者たちによって実証され、1999年にNature誌に掲載されました。この偉業を未来へ引き継いでいきたいと考えています」

最後に、理系を目指す日本の高校生へのアドバイスを聞きました。

「自分の直感に従うことがとても大切だと思います。そして、自分がかっこいいと思うテーマを見つけて、それを追求してください。迷わず新しいことに挑戦し、新しい場所や国に行ってみてください。」

（OIST メディア連携セクション　ルシー・ディッキー）