NEC公司采用可進行高精度計算的超導參數(注2),開發出全球首個基于LHZ方案的可擴展到全連接量子退火架構的基本單元,并成功地進行了量子退火操作。這一成果使NEC公司在量子退火機(量子計算機的一種)(注1)的實現方面取得了進一步的進展。
圖1：實證成功的基本單元圖片（左）和擴展后的示意圖（右）
為了解決復雜的社會課題，從龐大的選擇中導出最佳組合的組合優化至關重要。NEC于1999年開發了用于門型量子計算機的超導量子比特，并運用該技術及可高速、高效地解決組合優化問題的超導參數，進行量子退火機的研發。
此次，NEC利用獨特的超導參數和電路耦合技術，開發出基于LHZ方案（注3）的基本單元，世界上首次通過量子退火成功解決了小規模組合優化的問題。另外，NEC還開發了一種三維架構技術，將平鋪排列的各單元與外部設備有效地連接起來，此架構中的超導參數的操作也在世界上首次得到了驗證。
圖2: 三維結構的概要圖
將開發的基本單元以平鋪模式排列，可在保持超導參數的高精度計算特性的同時，使多量子比特連接成為可能，從而使得可快速解決大規模復雜組合優化問題的量子退火機的實現又向前邁進了一步。
受國立研究開發法人新能源·產業技術綜合開發機構（NEDO）的委托（注4），NEC致力于開發使用超導參數元件的量子退火機。NEC目前正在進行全耦合狀態的超導參數集成度提升等的研發，以期在2023年之前實現量子退火機。NEC將以此次成果為契機，進一步加速量子計算機的開發。
（注1） 量子退火機：
利用量子力學定律探索成本函數的最小能量狀態的計算機。最小能量狀態相當于組合優化問題的解法。在能量逐漸下降的同時摸索最小能量狀態的方式類似于金屬的退火處理，所以被稱為量子退火機。由于在量子退火中尋找優化組合的試行次數會根據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化問題。作為計算最小單位的量子比特，隨著其數量的增加且量子比特之間的耦合接近總耦合，可以解決更大規模且復雜的組合優化問題。
（注2） 超導參量：
由約瑟夫森結和電容器構成的超導諧振電路。通過以諧振頻率的約2倍的頻率調制電路，以0或π的相位振蕩。這些相位的不同振蕩狀態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（決定能夠進行高速運算的時間上限）相當長，所以預計在一定時間內可以提高計算精度。
（注3） LHZ方式：
LHZ是3位提出者Lechener、Hauke、Zoller的首字母組成的縮寫。隨著比特數增加，在硬件上難以將每個量子比特直接連接到其他的量子比特，為解決這個問題，上述3位與Parity Quantum Computing公司提出一種轉換方法，使得僅通過鄰近的量子比特之間的耦合就可以處理總耦合的問題。這使得僅需平鋪排列由四個量子比特和中央耦合電路構成的基本單元就可以簡單實現多比特連接。
