IBM-UTokyo Lab - IBM東大ラボ

量子イノベーション
イニシアティブ協議会

趣旨・目的

東京大学とInternational Business Machines Corporation（IBM）との間で2019年12月19日に締結されたMemorandum of Understandingの精神に基づき、東京大学及び日本IBMは、日本を量子コンピューティングにおけるリーダーとすべく、Japan-IBM Quantum Partnershipを推進します。IBM東大ラボは、本パートナーシップを日本の産業界、学術機関および研究機関を巻き込んだ提携事業として、量子コンピューティングに関する技術を日本国内において独自に集結させ、そのエコシステムを構築することで、量子コンピューティングのアルゴリズムおよびアプリケーションに関わる戦略的に重要な研究開発活動を振興し、日本における経済的機会を拡大することを目指します。

ご挨拶

東京大学工学系研究科・教授
IBM東大ラボ長

川﨑雅司

エコでセキュアなデータハンドリングは、デジタル化や炭素中立などの中核的課題を克服してこそ実現するSociety5.0 に必須の要件と考えられています。
その切り札となり得るのが量子コンピューターをはじめとする量子技術の社会実装です。
IBM-東大ラボでは、IBM社とのパートナーシップのもと、最新鋭量子コンピューターを活用した産業界との共同研究を推進するとともに、ハードウエア実機を用いた共同研究を推進し、量子技術の社会実装を加速します。
多くの企業・団体の参加を得て、日本独自の量子技術の発展に寄与してまいります。
力強いご支援を賜りますようお願いいたします。

日本アイ・ビー・エム　
代表取締役社長

山口明夫

IBM東大ラボの発足をたいへんうれしく思います。
2019年12月に発表した Japan–IBM Quantum Partnership に基づき、当社は東京大学と密接に連携し、日本が世界に先駆けて量子コンピューターを社会に実装するため、産官学の枠を超えた取り組みを進めています。

本年、国内専用の量子コンピューター IBM Quantum System One が導入され、東大内に周辺装置開発センターが稼働します。量子コンピューティングによる実用的なアプリケーション開発、および低温環境下での基礎的な実験や測定が可能になります。

当社は IBM東大ラボでの活動を通して量子コンピューティングの可能性を最大限引き出し、気候変動やエネルギー、医療の分野をはじめとする大きな社会課題の解決に貢献できるよう尽力してまいります。

協賛事業公募

量子コンピューティングを実現する科学技術を日本国内において独自のかたちで集結させ、量子コンピューティングのためのエコシステムを構築することで戦略的に重要な研究開発活動を強化し、日本における経済的機会を促進すると伴に量子コンピューティングのアルゴリズムおよびアプリケーションの研究開発を将来に至る社会課題の解決に向けて、相互に連携・協力することを目的とし促進させ、且つ当該技術の研究成果を広く社会に普及させると共に、その成果を以って広く産業に貢献することを目的として、東京大学IBM東大ラボ量子コンピューティング促進事業の趣旨に賛同・参画する法人等を以下の通り募集します。

研究

Boosting near-term quantum computation by machine-learning post-processing

大学院工学系研究科　
教授

沙川貴大

Research Scientist

Antonio Mezzacapo

本プロジェクトで私達は、量子コンピュータと古典機械学習を組み合わせて、量子/古典ハイブリッドのアルゴリズムの開発に取り組みます。とくに、現在の先端技術であるNISQと呼ばれる（ノイズのある中間的スケールの）量子コンピュータの能力を、ニューラルネットワークなどの機械学習による事後的なデータ処理によって、最大限に引き出すことを目指します。そうして開発したアルゴリズムを、量子物性物理や量子化学など物質科学の重要な問題へと応用することを目標とします。

Towards Large-Scale Quantum Artificial Intelligence

素粒子物理国際研究センター　
准教授

寺師弘二

東京基礎研究所副所長技術理事

小野寺民也

現在のノイズのある中規模の量子コンピュータによって実現できる有望なアプリケーションの一つとして、量子人工知能（Quantum Artificial Intelligence, QAI）が挙げられます。QAIを研究する本プロジェクトでは、2つの目的があります。まず、量子シミュレーションによる量子場の理論計算をベンチマークとして使用し、量子データをコヒーレントに学習するQAIアルゴリズムを目指します。次に、特定の高エネルギー物理のアプリケーションに向けた、量子回路設計と量子ゲートの最適化技術を開発します。

Quantum programming and algorithms based on higher-order quantum operations

大学院理学系研究科　
教授

村尾美緒

Research Scientist

Antonio Mezzacapo

ポストNISQ 時代への量子情報科学技術の発展に向けて、高階関数を量子コンピュータで実装する高階量子演算に基づいた新たな量子プログラミング方法を確立することにより、革新的な量子アルゴリズムの開発や量子シミュレーションや量子センサーなどの量子アプリケーションへの応用を目指す。さらに、情報処理の観点からの量子物理学における時空構造の基盤的理解の深化により、量子プログラミングの並列可能性や因果構造の特性を解明し、新たな量子計算フロンティアを開拓する。

Quantum/classical hybrid simulation of intense laser-driven multielectron dynamics

大学院工学系研究科　
准教授

佐藤健

Quantum Application Researcher

Yukio Kawashima

量子コンピュータ上の量子化学計算がnear-termデバイスの好ターゲットとして注目を集めているが、量子コンピュータで時間依存シュレーディンガー方程式（TDSE）を解く研究は少ない。光物質過程を記述するにはTDSEを解く必要があるが、古典コンピュータを用いた計算では量子多体系に特有の「組み合わせ爆発」の問題が立ちはだかっている。そこで本研究では、光や高強度レーザー場中の多電子ダイナミクスのための量子・古典ハイブリッドシミュレータをIBM Quantumに実装する。さらに、電子と原子核の両方を量子力学的に扱う非断熱ダイナミクスに拡張して水素分子の解離性イオン化等の実機シミュレーションを達成する。これにより光生命過程の正確なシミュレーション等、古典コンピュータでは困難な課題での将来的な量子超越性確立への道筋を立てる。

Spintronics and AI physics research for large-scale quantum processors

大学院工学系研究科　
教授

齊藤英治

東京基礎研究所

金澤直輝

量子コンピューターは様々な場面で注目を集めています。しかし、その実用化に向けてはまだ解決されていないいくつもの課題が立ちはだかっています。私たちは今まで積み重ねてきた、スピントロニクス技術やA Iを活用した量子物性研究の知見を生かし、極低温下で駆動する発振器の開発や、量子コンピューターの性能を最大化するために欠かせない効率的なキャリブレーション手法の開発などを通してこの課題を解決し、大規模量子プロセッサ開発を促進します。

Quantum transduction using optomechanical system

大学院総合文化研究科　
准教授

野口篤史

東京基礎研究所

徳成正雄

超伝導回路に基づいた量子コンピュータの研究が盛んにおこなわれている。超伝導量子回路が扱うマイクロ波領域の電磁波を光へと相互に変換する技術は量子変換機と呼ばれる。量子変換機を用いることで、離れた超伝導量子コンピュータを量子的につなぐことや、また超伝導量子コンピュータの光制御が可能になる。そのため、量子変換機による光インターフェイスは量子コンピュータの拡張化、さらには量子インターネット実現へ避けては通れない中核技術となる。本研究では、物体の振動や弾性波という音響量子を介することで、光とマイクロ波を結ぶ量子変換機の研究開発を行う。高性能な光導波路と超伝導技術、またオプトメカニクスの技術を組み合わせ、高い効率での光マイクロ波変換を目指す。

Superconducting qubits with multi-junction architecture

素粒子物理国際研究センター　
助教

稲田聡明

東京基礎研究所

徳成正雄

比較的シンプルな回路構成により実現される現在の超伝導量子ビットは、外部からのノイズや量子ビット間での意図しない相互作用の影響を受けてしまいます。そこで複数のジャンクションを用いて量子ビットを構成することで、回路のトポロジーに由来する対称性により量子状態をノイズから守ることが可能であり、近年注目を集めています。私たちはマルチジャンクション化して増えた回路自由度を積極的に利用して量子ビットの性能向上を図るのみならず、より高次の量子状態を活用した量子計算手法や新たな二量子ビットゲートの開発も行い、超伝導量子コンピュータの可能性を広げることを目指します。

研究業績

2022年度

論文タイトル :	Deep reinforcement learning for preparation of thermal and prethermal quantum states
著者 :	Shotaro Z. Baba, Nobuyuki Yoshioka, Yuto Ashida, and Takahiro Sagawa
刊行 :	Phys. Rev. Applied
公開内容 :	https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.19.014068
DOI :	10.1103/PhysRevApplied.19.014068

論文タイトル : Deep reinforcement learning for preparation of thermal and prethermal quantum states

論文タイトル :	Universal cost bound on quantum error mitigation based on quantum estimation theory
著者 :	Kento Tsubouchi, Takahiro Sagawa, and Nobuyuki Yoshioka
刊行 :	arXiv:2208.09385
公開内容 :	https://arxiv.org/abs/2208.09385
DOI :	10.48550/arXiv.2208.09385

論文タイトル : Universal cost bound on quantum error mitigation based on quantum estimation theory

論文タイトル :	Hunting for quantum-classical crossover in condensed matter problems
著者 :	Nobuyuki Yoshioka, Tsuyoshi Okubo, Yasunari Suzuki, Yuki Koizumi, and Wataru Mizukami
刊行 :	arXiv:2210.14109
公開内容 :	https://arxiv.org/abs/2210.14109
DOI :	10.48550/arXiv.2210.14109

論文タイトル : Hunting for quantum-classical crossover in condensed matter problems

論文タイトル :	Quantum Fluctuation Theorem under Quantum Jumps with Continuous Measurement and Feedback
著者 :	Toshihiro Yada, Nobuyuki Yoshioka, and Takahiro Sagawa
刊行 :	Phys. Rev. Lett.
公開内容 :	https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.170601
DOI :	10.1103/PhysRevLett.128.170601

論文タイトル : Quantum Fluctuation Theorem under Quantum Jumps with Continuous Measurement and Feedback

論文タイトル :	Characterizing Symmetry-Protected Thermal Equilibrium by Work Extraction
著者 :	Yosuke Mitsuhashi, Kazuya Kaneko, and Takahiro Sagawa
刊行 :	Phys. Rev. X
公開内容 :	https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.12.021013
DOI :	10.1103/PhysRevX.12.021013

論文タイトル : Characterizing Symmetry-Protected Thermal Equilibrium by Work Extraction

趣旨・目的