所有公司都能购买？日本将推出该国第一台自研商业量子计算机

8月23日，富士通发表公告称，将与日本理化学研究所（RIKEN）一起，在2023年开始量子计算机的商业生产。届时，富士通也将因此成为日本国内第一家生产量子计算机的公司[1]。

到目前为止，量子计算行业一直由谷歌、IBM等公司主导；同时，量子计算机被认为是最新一代的解决方案，可以直接影响国家的竞争力和国家安全。早在2021年4月，富士通和RIKEN在埼玉县建立了一个研究基地，大约有20名科学家参与了这项工作。他们希望将量子计算机用于做出准确的天气预报，用于开发新材料、医学和许多其他领域。富士通承诺，从2023年4月开始，所有公司将能够购买量子计算机。

早在2022年4月份，富士通就开始与富士胶片一起，利用量子计算的原理在新材料领域进行研究。据《日经亚洲评论》报道，日本公司在开发量子计算机方面已经落后于外国竞争对手，因此，富士通将成为第一家开始使用RIKEN技术和超导体与极低温冷却系统建立量子计算机系统的公司。

尽管谷歌、中国科大、Xanadu等团队均宣称自己实现了“量子计算优越性”，现有系统的能力仍然有限。谷歌曾表示，打算在2029年才将其研发成果商业化，但到目前为止，这条路上仍有不少障碍。

富士通的商业量子计算机预计能够提供64个量子比特，比2019年谷歌的53个量子比特机器要多；不过在比特数量方面，它将不如2021年投入使用的、拥有127个量子比特的IBM Eagle。然而，富士通有更宏大的目标：该公司预计，在2027年3月之后，将发布一台拥有1000+量子比特的机器。

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日本的量子之路：奋力追赶

量子技术有可能彻底改变材料开发和人工智能，这两个领域对各国的经济和政治安全有着深远的影响。但日本企业在这一领域落后于中国和美国的竞争对手。

“日本企业已在量子领域落后于其他国家。”

日本企业的竞争观念是竞合，即竞争与合作，接受竞争对手，而非消灭竞争对手。企业之间主动寻求合作，联合起来一致对外。为了推动量子信息发展，日本企业已经达成共识，他们没有IBM、谷歌、微软那样独当一面的企业，为了发展量子，他们必须联合起来[2]；同时，随着量子技术的普及，日本企业认为，他们必须与政府合作进行基础设施开发和标准化[3]。

在产业合作上，2020年，东芝已经联合了NEC、三菱机电、东京大学、北海道大学、国家信息和通信技术研究所等十几家企业和研究机构；同年，IBM与东京大学宣布共同推出量子创新计划联盟（QIIC）——汇集日本各大学、著名研究协会和大型产业的学术人才，从战略上加速量子计算研发，进一步开发日本量子计算技术并建立生态系统：联盟成员包括庆应义塾大学、东芝、日立、瑞穗、三菱日联、 JSR、 DIC、丰田、三菱化工和IBM日本公司。

在国家政策上，自2001年起，日本邮政省开发量子通信技术，并将该技术作为国家级高技术研究开发（R&D）之一，提出了以新一代量子通信技术为对象的长期研究战略：计划在2030年前，建成绝对安全保密的高速量子通信网；2013年，日本成立“量子信息和通信研究促进会”以及“量子科学技术研究开发机构”，计划在10年内投入400亿日元（约3.75亿美元）支持量子技术研发；2020年，日本政府预算中有关量子技术研发的费用比2019年翻了一番，达到300亿日元（约2.81亿美元）；同年，成立负责整体管理和协调的主管机构，在8个领域建立核心研发基地：超导量子计算机、量子元件、量子材料、量子安全、量子生命、量子计算机利用技术、量子软件、量子惯性传感器与光晶格钟等。

其中，超导量子计算机研发基地位于埼玉县的理化学研究所（RIKEN）；量子计算机利用技术研发基地位于东京大学。在日本的量子计算格局中，只有RIKEN和NTT等大型机构有能力研发量子硬件，因此日本的量子初创企业几乎都只研发软件。

2022年，在日本政府发布的2022年度《防卫白皮书》中明确提出，日本的国家信息和通信技术研究所（NICT）部门将进一步在量子计算和量子密码学等领域开展技术创新，努力实现量子智能的早期商业化。

根据政府的路线图，日本的目标是用10年时间制造出100量子比特的机器，在2039年左右制造出功能更强大、功能更完善的量子计算机；路线图还包括传感器、通信和加密以及材料等相关领域。日本将量子计算视为与人工智能和生物技术并重的研发领域：工业界、学术界和政府将联手合作，在制造业和金融业等领域寻求创新。

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富士通：已推出量子启发的数字退火机

目前，富士通已经成功推出了数字退火计算机。富士通的数字退火方法是利用数字计算机架构模拟量子退火；不过这种方法并不完全是量子退火，而是利用CMOS电路进行量子退火模拟，该技术来自日立公司：CMOS退火可以利用能在室温下工作的成熟的半导体技术，因此容易实现系统的大规模化。

富士通称，“数字退火”通过8192比特规模全组合，是唯一解决了组合优化问题的实用化计算机。日本超级计算机“京”需要8亿年时间才能完成的运算，数字退火计算只需一秒即可完成。目前，富士通数字退火机已经提供第一代1024比特云服务（DACS, Digital Annealing Cloud Service），第二代DAU（数字退火器单元）的精度和规模更高，能够解决金融等领域高精度要求和化学等领域大规模计算问题，适用领域更大。实际用例包括：

• 智慧金融——投资组合最佳化。日本大型控股集团MELCO Investments利用富士通数字退火技术，进行最佳股票投资组合，协助客户维持稳定的报酬率、提供更精准的投资决策。例如，要对100档股票中的50档进行最佳化，其可能的组合结果高达1029，传统工具对于这样的计算数量束手无策；在富士通数字退火技术协助下，即使遇上极为复杂的资产管理问题，都能仰赖这项运用量子计算的全新技术架构，开发出全方位的风险报酬分析，让客户的资产稳健成长。

• 智慧物流——最佳路径化。丰田系统公司为丰田汽车集团的子公司，主要事业范畴为用于汽车产业的IT解决方案。透过富士通数字退火解决方案的帮助，确定了优化汽车零组件供应链最具成本效益的方法，计算出一条成本最低的最佳运输路径。数字退火技术特别适用于解决复杂的组合优化问题，用于计算多重变数，包括运输卡车数量、总行驶距离和包裹分拣等，提高装载效率并降低2％至5％的物流成本。

• 智慧医疗——大幅缩短新药开发时间。富士通携手日本PeptiDream公司成功利用数字退火技术在12小时内根据线上探索确定了一种环状肽（cyclic peptide）候选药物的稳定构象，将有望缩短药物发现过程中确定候选化合物的所需时间，并减少对某些耗时的"湿"实验室（"wet" lab experiments）实验的需求。PeptiDream计画将数字退火和透过合作研究获得的相关技术应用于其药物开发过程，有望缩短确定候选药物的时间，并进一步提高候选药物成为新药的可能性。这项技术更将加速COVID-19药物的开发。

尽管已在业界广受好评，CMOS退火也有一些缺陷：虽然都用了伊辛模型，但CMOS退火比特间的耦合作用不如D-Wave：CMOS退火目前只能解决部分简单的组合优化问题，对于机器学习和人工智能而言，并没有太多实用价值的。

富士通和全球企业在量子科技领域的合作版图（2021年）

因此，富士通仍在积极同业内加强合作，不断增强自己在量子领域的科研和商业影响力[6]。

参考链接：

[1]https://asia.nikkei.com/Business/Technology/Fujitsu-Riken-to-offer-1st-Japan-made-quantum-computer

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/MSlEyZTTfYwW9RkRjogB7Q

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/zeKtgTvU-tbnOq0FI5lt_Q

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/UcqTddt7b2msyW1J24OlSQ

[5]https://www.fujitsu.com/tw/about/resources/news/press-releases/2021/press210507/

[6]https://futurecity.cw.com.tw/article/2115