コネクティビティ

東北大学、大阪大学、京都産業大学、高エネルギー加速器研究機構、量子科学技術研究開発機構の共同研究チームは、テルル（Te）からなる原子レベルで細い線（量子細線）が、1次元トポロジカル絶縁体であることを明らかにした。トポロジカル絶縁体とは、位相幾何（トポロジー）の概念を物質の電子状態の解析に取り入れることで、従来の絶縁体とは一線を画す、内側は絶縁体で表面だけ金属的な性質を示す新しい絶縁体物質を指す。

東京大学、味の素ファインテクノ、三菱電機、スペクトロニクスの研究グループは、半導体の層間絶縁膜に直径3マイクロメートルの穴を空けることに成功した。現在、半導体の層間配線では、絶縁膜に直径40マイクロメートルほどの穴を空けているが、実用化されているレーザー加工技術では小径化が困難と考えられていた。

大阪大学と東京大学の研究グループは、2016年1月1日以降の量子コンピュータクラウドサービスの利用実態を調査した。2016年にIBMが量子コンピュータのクラウドサービスを開始して以来、量子コンピュータの専門家に限らず、ほかの分野の研究者や一般ユーザーも利用できる計算資源として普及しつつあるが、その利用実態を定量的に捉えた研究はまだなかった。

東京工業大学は、最新鋭のスーパーコンピューター「TSUBAME4.0」の運用を4月1日に開始した。x86_64アーキテクチャのマイクロプロセッサーとエヌビディアのGPUというTSUBAMEシリーズの特長を引き継ぎながら、最新のハードウェアを採用することで演算性能を引き上げた。

産業技術総合研究所（産総研）、横浜国立大学、東北大学などの共同研究チームは、多数の量子ビットを制御可能な超伝導回路を提案し、回路動作の原理実証に成功した。室温に設置した機器と極低温に設置した機器をつなぐケーブル数の大幅な削減が可能となり、大規模量子コンピューターの実用化に向けた基盤技術となることが期待される。

東京大学、NTTコンピュータ＆データサイエンス研究所、および大阪大学の共同研究チームは、量子誤り訂正機能を備えた量子計算機が、古典計算機を凌駕する「量子超越性」を達成するための条件を明らかにした。

東京大学の研究チームは、量子情報処理において貴重な資源とされている「量子コヒーレンス」に対し、「量子リソース理論」の枠組を用いて解析を実施。量子コヒーレンスは、無制限の増幅が可能であることを理論的に示した。

理化学研究所と京都大学の共同研究チームは、相互作用するボーズ粒子（光子などのボーズ・アインシュタイン統計に従う量子粒子）の系において「量子もつれ」が伝達する速度の限界を理論的に解明した。量子もつれは、二つ以上の粒子がその量子状態において密接に関連し合っている現象で、一方の粒子の状態を測定することで、即座に他方の粒子の状態が決定される性質を持つ。距離に関係なく瞬時に情報が伝わる特性があり、量子情報技術や量子コンピューティングにおいて重要な役割を果たす。

東京大学、京都大学、東北大学、東京工業大学、韓国科学技術院の共同研究チームは、環境ノイズに強い「トポロジカル量子コンピューター」実現の鍵となる「マヨラナ粒子」の存在を証明する決定的な証拠を得たとする研究を発表した。トポロジカル量子コンピューターは、従来の量子コンピューターとは異なる物理系を用いて、量子計算を実行する次世代型の量子コンピューターであり、周囲の環境の変化に強く、本質的にエラーを起こしにくいとされている。

大阪大学の研究チームは、半導体量子コンピューターの量子ビット情報を確実に操作する安定量子演算において、通念的な最適化手法を破る高速化法（ショートカット法）を実証した。量子回路内の初期化操作や、読み出し操作など、量子計算に不可欠でありながら非常に遅いとされていた重要な操作に希望を見いだす成果であり、半導体量子コンピューターの実現を後押しすることが期待される。

富士通と、デルフト工科大学（Delft University of Technology）とオランダ応用科学研究機構（TNO）が設立したキュー・テック（QuTech）の共同研究チームは、ダイヤモンドスピン量子ビットを制御する電子回路を、極低温で動作させる技術を開発した。同技術により、量子コンピュータ構築における配線を単純化し、スケーラビリティとパフォーマンスの両立を達成できる可能性があるという。

東京大学、情報通信研究機構（NICT）、理化学研究所などの国際研究チームは、誤り耐性型量子コンピューター構築に有望とされる「GKP（Gottesman-Kitaev-Preskill）量子ビット」を、光で生成することに成功した。同チームが以前に開発した既存の大規模光量子プロセッサーと組み合わせることで、大規模な誤り耐性型光量子コンピューターの実現につながることが期待される。

NTTと仏サクレー原子力庁センター（CEA Saclay）、物質・材料研究機構、韓国科学技術院の共同研究チームは、グラフェン中を伝播する電子の軌道を量子的に操作することにより、世界で初めて電子の飛行量子ビット動作を実証した。飛行量子ビットとは、空間的に配置された素子に量子を通過させることで演算を実行する量子ビットである。飛行量子ビットを用いることにより、空間的に離れた量子コンピューターの接続が可能となるほか、原理的に大規模化可能な量子コンピューターの構築も期待されている。

東京大学の研究チームは、量子コンピューターにおける高効率性と高速性を同時に達成できる、誤り耐性のある計算手順の新しい仕組みを提案した。量子コンピューター開発における基盤技術として今後の活用が期待される。

大阪大学、理化学研究所（理研）、産業技術総合研究所などの共同研究チームは2023年12月22日に、国産3号機となる超伝導量子コンピューターのクラウドサービスを開始する。利用者は当面の間、現在42機関が参画する「量子ソフトウェアコンソーシアム」のグループワークに参加する受講者に限定し、17～42マイクロ秒のコヒーレンス時間を持つ相互接続した8量子ビット分を使って小規模な既存アルゴリズムの試験などから始める。

産業技術総合研究所とNTTの共同研究チームは、シリコン量子ドットで電子を1粒ずつ精密に制御し、大きさの決まった微小電流を発生させることに成功した。素子の違いによらず複数のシリコン量子ドットにおいて、大きさのそろった一定の電流を発生できることを実証したのは世界で初めて。

東北大学の研究チームは、高速・超低電力で演算が可能なスピントロニクス技術を用いた確率論的コンピューターを用いて、人工知能（AI）処理を実行する新技術を開発。「順伝播型ニューラルネットワーク」の動作を実証した。

慶應義塾大学、筑波大学の共同研究チームは、40量子ビット（キュービット）以上の状態ベクトル型の量子コンピューター・シミュレーションを実行できるボードを開発した。比較的安価で、設置もしやすいため、研究室などにおいても最大43量子ビットのシミュレーションが可能になるという。

東京大学の研究チームは、量子コンピューターのエラー抑制技術の限界を理論的に証明し、「量子エラー抑制」のみを用いる現行の計算方式では、実行可能な演算回数が制限されることを、世界で初めて明らかにした。さらに、解明した理論限界を達成するような、エラーを最も効率よく除去できる最適な量子エラー抑制手法を、新たに同定した。

東京大学と国際ミュオグラフィ研究所の研究グループは、宇宙線ミュー粒子を利用した測位技術「muPS」の精度を大幅に改善し、世界記録を更新した。宇宙線測位の実用化へ向けて前進した。

東京大学の研究チームは、テラヘルツ電磁波と電子を半導体ナノ構造中に閉じ込めることにより、非常に強く相互作用させ、光と粒子の両方の性質を併せ持ったハイブリッドな量子状態を実現。「量子ポイントコンタクト」と呼ばれるナノ構造を導入することによって、単一の光共振器中のハイブリッドな量子状態を、電気信号として高感度に取り出す技術を確立した。電子が持つ量子情報を、テラヘルツ電磁波を介して遠方に運べるようになるとして、量子情報処理技術への応用に向けた重要な要素技術となることが期待される。

NTTとニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の共同研究チームは、量子計算機に対する頑強性と、達成したい安全性強度に通信回数が依存しないという通信効率性（定数ラウンド性）を同時に達成するコミットメントを、暗号理論における最も基本的な構成要素である「一方向性関数」のみを用いて世界で初めて構成した。ゼロ知識証明や秘密計算など、より高機能な暗号プロトコルの構成要素として幅広い応用が期待される。

東京大学の研究チームは、次世代暗号の解読コンテストである「MQチャレンジ」において、これまでに解かれたことがない次元の暗号を解読し、世界記録を達成した。MQチャレンジは、量子コンピューターでも解読できないポスト量子暗号の安全性を評価するための解読コンテストで、特に多変数多項式を用いた暗号に関する解読問題が出題されている。研究チームは、これまでに解読されていない最も難しいレベルである問題（Type VI、次元 31、方程式数 21）の解読に約9時間で成功した。

東京大学と理化学研究所の共同研究チームは、次世代メモリーの候補として世界的な研究が進められている磁気スキルミオンが光の偏光面をねじる「トポロジカル磁気光学カー効果」の観測に世界で初めて成功した。同効果が広い周波数帯の光で生じることが明らかになり、レーザーフォトニクスでスキルミオンが検出できることが示されたことで、将来的には光を使った高速かつ非接触なスキルミオン読み取りへの応用が期待される。

日本電信電話（NTT）、東北大学、ドイツ・ルール大学ボーフムの研究グループは、マイクロプロセッサーが搭載するキャッシュ・メモリーから情報を盗み出そうとする「キャッシュ・サイド・チャネル攻撃」を防ぐ技術を開発した。

理化学研究所と東京大学らの国際共同研究グループは、量子計算のための光電場の非線形測定を初めて実現した。同研究成果により実現した測定は、光を使った量子コンピューター（光量子コンピューター）において汎用的な量子計算を可能にする非線形計算に相当し、誤り耐性型汎用光量子コンピューターの基礎原理となることが期待される。