量子計算のボトルネックである“測定”に新たなアプローチ

ＳＣＳＫ株式会社と株式会社Quemixは、量子コンピュータの実用化を阻む「読み出し（測定）」のボトルネックを解消する新技術「POD リードアウト」を開発しました（特許出願中）。本技術は、量子コンピュータが生み出す膨大な計算結果をすべて読み取るのではなく、解にとって本当に重要な情報だけを直接抽出するという発想に基づくものです。これにより測定回数を最大で1/1000 まで削減し、量子計算の高速性を損なうことなく、製造、材料、金融など産業分野における実用的なシミュレーションや解析への道を切り開きます。

1．社会的背景と課題
2050 年のカーボンニュートラル実現や、複雑化する金融市場のリスク管理など、現代社会では高度なシミュレーションや解析が不可欠となっています。特に再生可能エネルギーの導入拡大に伴う電力網の安定化や、高効率なエネルギー機器の設計における流体や熱伝達シミュレーション、次世代電池や半導体材料の開発における分子レベルでの化学シミュレーションなどは、対象の規模や精度が高まるほど計算量が急激に増大します。これらは従来のコンピュータ（古典コンピュータ）では、計算時間や問題規模に限界を迎えつつあるため、次世代のアクセラレータとして量子コンピュータに期待が高まっています。

近年、量子アルゴリズムやハードウェアの進展により計算能力は向上している一方で、量子コンピュータの実用化に向けては、「計算後の読み出し（測定）」が大きな課題となってきました。量子コンピュータ上の計算自体は高速に行えるものの、計算結果を数値として正確に取り出す際に膨大なコストが発生し、計算全体の処理時間を支配し、量子コンピュータ本来の高速性を打ち消してしまうという大きなボトルネックとして顕在化しています。

2．新技術「PODリードアウト」の概要
ＳＣＳＫとQuemixは、2024年の資本業務提携以降、量子コンピューティング分野における共同研究を進めてきました。本研究では、流体計算に注目し量子計算の結果から重要な情報を効率的に取り出すための新しい読み出し技術として「PODリードアウト」を開発しました。

従来手法が量子状態を逐次的に読み出すのに対し、本技術では、事前に古典計算で行った数値流体計算から再構築用のフィルター（POD基底）を構築します。構築したPOD基底を量子回路に埋め込み、量子状態に対してPOD基底を用いた測定を行います。この測定により量子状態にPOD基底の成分がどのくらい含まれるかを取り出すことができます。これにより、量子状態の中から重要な特徴量のみを直接抽出することができ、効率的に量子状態を再構築することができます。

3．量子コンピュータの実用化への貢献
従来の読み出し手法では、量子コンピュータの計算結果を逐次測定するため膨大な測定回数が必要でしたが、本技術では最大で1/1000、測定回数を削減することに成功しました。本技術は量子コンピュータの計算結果から重要な指標や数値を抽出する用途と親和性が高く、製造分野、材料分野、金融分野、CG・デジタルツイン分野での活用が期待されます。

4．今後の展望と国際会議での発表
今後は、未知の基底に対しても少ない測定回数で高精度な読み出しを可能にする汎化性能の研究を進めていきます。また、2026年6月4～5日に開催される「Q2B 2026 Tokyo」にて、本共同研究の成果を発表する予定です。