NEC公司采用可進(jìn)行高精度計(jì)算的超導(dǎo)參數(shù)(注2),開(kāi)發(fā)出全球首個(gè)基于LHZ方案的可擴(kuò)展到全連接量子退火架構(gòu)的基本單元,并成功地進(jìn)行了量子退火操作。這一成果使NEC公司在量子退火機(jī)(量子計(jì)算機(jī)的一種)(注1)的實(shí)現(xiàn)方面取得了進(jìn)一步的進(jìn)展。
圖1：實(shí)證成功的基本單元圖片（左）和擴(kuò)展后的示意圖（右）
為了解決復(fù)雜的社會(huì)課題，從龐大的選擇中導(dǎo)出最佳組合的組合優(yōu)化至關(guān)重要。NEC于1999年開(kāi)發(fā)了用于門型量子計(jì)算機(jī)的超導(dǎo)量子比特，并運(yùn)用該技術(shù)及可高速、高效地解決組合優(yōu)化問(wèn)題的超導(dǎo)參數(shù)，進(jìn)行量子退火機(jī)的研發(fā)。
此次，NEC利用獨(dú)特的超導(dǎo)參數(shù)和電路耦合技術(shù)，開(kāi)發(fā)出基于LHZ方案（注3）的基本單元，世界上首次通過(guò)量子退火成功解決了小規(guī)模組合優(yōu)化的問(wèn)題。另外，NEC還開(kāi)發(fā)了一種三維架構(gòu)技術(shù)，將平鋪排列的各單元與外部設(shè)備有效地連接起來(lái)，此架構(gòu)中的超導(dǎo)參數(shù)的操作也在世界上首次得到了驗(yàn)證。
圖2: 三維結(jié)構(gòu)的概要圖
將開(kāi)發(fā)的基本單元以平鋪模式排列，可在保持超導(dǎo)參數(shù)的高精度計(jì)算特性的同時(shí)，使多量子比特連接成為可能，從而使得可快速解決大規(guī)模復(fù)雜組合優(yōu)化問(wèn)題的量子退火機(jī)的實(shí)現(xiàn)又向前邁進(jìn)了一步。
受國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的委托（注4），NEC致力于開(kāi)發(fā)使用超導(dǎo)參數(shù)元件的量子退火機(jī)。NEC目前正在進(jìn)行全耦合狀態(tài)的超導(dǎo)參數(shù)集成度提升等的研發(fā)，以期在2023年之前實(shí)現(xiàn)量子退火機(jī)。NEC將以此次成果為契機(jī)，進(jìn)一步加速量子計(jì)算機(jī)的開(kāi)發(fā)。
（注1） 量子退火機(jī)：
利用量子力學(xué)定律探索成本函數(shù)的最小能量狀態(tài)的計(jì)算機(jī)。最小能量狀態(tài)相當(dāng)于組合優(yōu)化問(wèn)題的解法。在能量逐漸下降的同時(shí)摸索最小能量狀態(tài)的方式類似于金屬的退火處理，所以被稱為量子退火機(jī)。由于在量子退火中尋找優(yōu)化組合的試行次數(shù)會(huì)根據(jù)量子疊加的原理而巨增，所以較之其他的解法，能夠以壓倒性的速度解決組合優(yōu)化問(wèn)題。作為計(jì)算最小單位的量子比特，隨著其數(shù)量的增加且量子比特之間的耦合接近總耦合，可以解決更大規(guī)模且復(fù)雜的組合優(yōu)化問(wèn)題。
（注2） 超導(dǎo)參量：
由約瑟夫森結(jié)和電容器構(gòu)成的超導(dǎo)諧振電路。通過(guò)以諧振頻率的約2倍的頻率調(diào)制電路，以0或π的相位振蕩。這些相位的不同振蕩狀態(tài)的疊加可以作為量子比特使用。與磁通量子比特相比，由于量子比特的壽命（決定能夠進(jìn)行高速運(yùn)算的時(shí)間上限）相當(dāng)長(zhǎng)，所以預(yù)計(jì)在一定時(shí)間內(nèi)可以提高計(jì)算精度。
（注3） LHZ方式：
LHZ是3位提出者Lechener、Hauke、Zoller的首字母組成的縮寫。隨著比特?cái)?shù)增加，在硬件上難以將每個(gè)量子比特直接連接到其他的量子比特，為解決這個(gè)問(wèn)題，上述3位與Parity Quantum Computing公司提出一種轉(zhuǎn)換方法，使得僅通過(guò)鄰近的量子比特之間的耦合就可以處理總耦合的問(wèn)題。這使得僅需平鋪排列由四個(gè)量子比特和中央耦合電路構(gòu)成的基本單元就可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)多比特連接。
