富士通與大阪大學共同開發適用於早期容錯量子電腦的化學材料能量計算新技術

背景

量子運算在藥物研發、密碼學、金融等廣泛產業領域具備高度潛力。然而，現今的量子系統仍容易產生錯誤，普遍認為若要實現實際應用，仍需具備數百萬量子位元規模的量子電腦。
為了提升糾錯能力並加速量子運算的實際應用，富士通與大阪大學分別於2023年3月23日及 2024年8月28日先後確立了STAR架構的第一版與第二版。後者憑藉世界首創的相位旋轉閘(Phase rotation gat)技術，大幅擴展運算規模，使高溫超導等固態材料性質的early-FTQC應用成為可能。
然而，若要精確計算用於實際應用的複雜分子化學能量，仍需耗費大量運算資源；過往的方法受限於運算效能不足，或無法在實際可行的時間內完成計算。

新開發技術

本次共同研究 [1] 證實，透過結合以下兩項技術，可在兼具足夠精度與實際可行時間的條件下，完成化學材料的能量計算。

為驗證上述技術的有效性，研究團隊針對三種具產業應用價值的分子進行評估，分析其能量計算所需的量子位元數與運算時間。這三種分子分別為：在藥物研發中至關重要的氧化酵素細胞色素 P450、參與氨合成與能量代謝的催化蛋白鐵硫簇，以及合成化學領域的研究重點釕催化劑。由於記憶體限制，目前傳統電腦尚無法對這些分子進行高精度能量計算；即便使用STAR架構 ver.2，相關運算仍需耗費數千年，且因運算規模過大而難以達成高精確度。本次驗證結果顯示，STAR架構ver.3可將所需量子位元數降低至傳統容錯量子運算架構的 1/15 至 1/80。進一步研究也證實，即使將量子位元的實體錯誤率要求從原先的 0.01% 放寬至 0.10%， early-FTQC仍具備執行相關計算的可行性。

此外，分子模型優化技術相較於未採用該技術時，可將運算時間縮短三個數量級。富士通與大阪大學證實在量子位元錯誤率為0.10%時，運算時間可大幅縮短至約35天；若錯誤率進一步降至 0.01%，則僅需約10天。未來隨著量子電腦實體錯誤率持續降低，並透過多台量子電腦進行平行運算，運算時間仍有望進一步縮減，使目前達成的運算效率更具實際應用可行性。

未來展望

富士通與大阪大學將持續推進STAR架構與分子模型優化技術的發展，進一步擴大量子電腦於早期容錯量子運算（early-FTQC）時代的實際應用範圍。雙方並期望將這些技術拓展至藥物研發、新材料開發、金融等多元產業領域，協助解決各項社會課題。

＊自2025年4月起，大阪大學的官方英文名稱正式定為「The University of Osaka」。

記者會資料

舉行日期： 2026 年 3 月 25 日