検討の背景

光化学反応とは、人工光合成材料やOLED材料の設計等に関わる産業的に重要な反応です。古典コンピュータは、光化学反応を予測する上で避けては通れない「励起状態」計算を苦手としており、今後の精度の向上は難しいと考えられてきました。これに対し、量子コンピュータを用いれば、さほど大きなコストをかけることなく励起状態計算が可能です。

実施内容

現在の量子コンピュータは産業的に重要な分子をまだ扱えないため、関連する小さな「系」を設定し、その「系」で実際に正しく計算できるかを検証しました。その結果、現在提案されているアルゴリズムを用いれば化学精度で計算可能とわかり、今後量子コンピュータの性能発展に伴い、 より大きな「系」に適用可能という見通しを立てることができました。

検討の背景

周期系のエネルギー計算は、半導体やエネルギー変換材料など、固体機能材料の設計にとって、なくてはならない計算手法です。産業的なニーズは高く、これまでも数多くの手法が提案され、材料設計の現場で実際に活用されていますが、重金属を含む系等、古典コンピュータでは太刀打ちできない系もまだ数多く残されています。

光化学反応と同じく、量子コンピュータを用いれば古典コンピュータが苦手とする系を扱える可能性がありますが、周期系計算には数多くの量子ビットが必要という大きな課題が存在します。そのため、これまでは実応用を本格的に検証した例は僅少でした。近年、ようやく周期系に量子コンピュータを適用した例が出てきたため、本プロジェクトではこの手法をいち早く活用し、有用性検証を試みました。

実施内容

現在の量子コンピュータの制約を考慮し、まずは水素原子2つのモデルを設定し、パイエルス転移が現れるかどうかを検証しました。その結果、水素分子から水素原子へのパイエルス転移が確認でき、現在提案されているアルゴリズムで十分な精度の計算が可能と確認できました。一方でQubit数削減は大きな課題であり、固体材料の設計を見据えると、Qubit数の削減手法の開発が不可避であることも示唆されました。今後量子コンピュータの性能発展に伴い、より大きな「系」に適用可能という見通しを立てることができました。