Q-LEAP事業イベントレポート

2025年2月22日、量子コンピュータに興味を持ってもらうための入り口として、高校生に向けたイベント「量子コンピュータで切り拓く未来の化学」が開催されました。本イベントでは、量子技術についての座学、実際に量子コンピュータに接続するハンズオンセミナー、量子コンピュータを巡る研究発表会や座談会を実施しました。        

株式会社QunaSysと富士通株式会社の共同研究グループは、量子コンピュータを使って大規模な電子系の「グリーン関数」を効率的に計算する新しい方法を開発しました。 この手法は、物質の電気的・熱的な性質を予測するのに役立ちます。

​従来の方法では、大規模な電子系の計算は困難でしたが、今回の方法では、小規模な電子系での最適化結果を利用して、大規模な系の計算を効率化しています。​これにより、現在の量子コンピュータや、将来の小規模な誤り耐性量子コンピュータでも計算が実行可能となり、材料の性質解析や新素材の開発など、幅広い応用が期待されています。

本プログラムは、経済・社会的な重要課題に対し、量子科学技術(光・量子技術)を駆使して、非連続的な解決(Quantum leap)を目指す研究開発プログラムです。

本プログラムでは、大阪大学にある量子技術インフラ、シミュレーター等のプラットフォームを提供し、量子技術の人材育成をするとともに、量子ソフトウェア開発を多数の企業と展開することを目指しています。

内閣府が推進する「戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）」において、QunaSysは量子技術の社会実装加速とSociety 5.0実現に向け、「国産量子コンピュータのテストベッド環境整備・運用」「材料開発向け量子コンピュータ計算基盤の構築」「量子アルゴリズムプラットフォームの構築」という3つの重要プロジェクトを大阪大学、慶應大学、理化学研究所、株式会社Jijと共同で取り組みます。

研究開発の現場における計算科学導入の新たな基盤を構築することを目指して、QunaSysのCRS（Chemical Reserach Solution） チームが、「研究開発のためのLLM（大規模言語モデル）勉強会」を開催しました。第1回は130名を超える方に参加いただき、大盛況のうち終了いたしました。量子コンピュータアルゴリズムやソフトウェアの研究開発を行うQunaSysにおいても、ユニークな取り組みである「LLM勉強会」に関するご紹介です。

日本ゼオンは1950年の創業以来、自動車用タイヤなどの合成ゴムや高機能樹脂など世界トップクラスの化学製品を提供し続けてきました。「人の真似をしない」独自技術開発への挑戦を主導する総合開発センター。総合開発センターでは、QunaSysとともに、材料開発のデータマネジメントシステム（DMS）を構築してきました。なぜDMSを作ろうとしたのか、どういった成果が得られたか、研究開発本部総合開発センター長の高橋和弘氏と総合開発センターデジタル研究開発推進室の和田梓氏にお話を伺いました。

量子ダイナミクスシミュレーションは、原子核の量子効果及び電子と原子核の運動のカップリングである非断熱効果を考慮することができ、自然現象をより正確に記述できる手法です。

本共同研究では、量子コンピュータ上での量子ダイナミクスシミュレーション実現のためのアルゴリズム開発に取り組んでいます。 将来的に量子コンピュータ実機の規模と精度が十分向上した際には、本共同研究で開発するアルゴリズムを用い、これまで取り入れることが困難であった非断熱効果を顕に扱った機能性材料の設計を行うことが可能となります。これにより、光機能材料や触媒設計等の領域での材料設計のありかたを大きく変革していくことが期待されます。

分子の振動数解析は、化学物質解析における重要な手法の一つです。振動数解析を行って得られる分子振動スペクトルは、分子の「指紋」のようなものであり、分子の構造決定や化学反応機構の解析等に広く用いられています。特にエネルギー分野では、石油精製や水素製造プロセスにおける触媒反応解析、潤滑油表面における添加剤等の反応解析などにおいて、振動数解析が重要な位置づけを占めています。

一方で、振動数解析は古典コンピュータでは難しく産業応用が進んでいないという課題がありました。これに対し、ENEOSグループとQunaSysは、量子コンピュータ上で振動数解析を行うための量子アルゴリズムの開発に取り組み、その有効性をHoneywell実機上で実証致しました。

マイクロソフトの記事（英語） | （機械翻訳）

本共同研究では、実用的なサイズと精度の量子コンピュータが数年以内に実現することを見越して、量子コンピュータを量子化学計算・材料開発に活かすための、基礎手法の開発を行っています。 これまでに、量子化学計算を効率化するアルゴリズム（軌道最適化ユニタリー結合クラスター法）※1や、周期系エネルギー計算のためのアルゴリズム※2を開発し、学術誌にて発表を行っています。

※1: Physical. Review Research 2, 033421 (2020)
※2: arXiv:2008.09492