Qハブに参加するJSRに聞いた
量子コンピューターで描く、「半導体」と「エコ」の夢
次世代のコンピューターとして名前が挙がる「量子コンピューター」。まだ実用化には時間がかかると言われているが、すでに既存の量子コンピューターを使った研究は盛んに行われている。
日本で重要な研究拠点となっているのが、慶應義塾大学にある「IBM Qネットワークハブ （Qハブ）」だ。量子コンピューターの開発を長年行うIBMと同大学の連携によって生まれた研究機関で、このハブからIBMの量子コンピューターにアクセスして実験できる。研究には一般企業も参加。化学メーカーのJSRや三菱ケミカル、金融の三菱UFJ銀行、みずほフィナンシャルグループが参画している。
では、企業はどんな期待を抱いて量子コンピューターを研究しているのか。今回は、Qハブに参加する電子材料を含む化学素材メーカーのJSR株式会社に取材。同社 マテリアルズ・インフォマティクス推進室 次長であり、博士号を持つ大西裕也氏に話を聞いた。
よりレベルの高い半導体を作れる？
Qハブに参加している大西氏によれば、量子コンピューターはハードウェアの面でまだ成熟しておらず、現実の課題を解くような「実用化」はできていないという。ただし、企業や領域によって「この問題は量子コンピューターの方が得意」というケースが出てくるとのこと。それを会社の事業に落とし込み、実用化を目指して研究しているのが“現在地”のようだ。
「JSRでいえば、半導体を作る際に重要なフォトレジストなどのファインケミカルの開発において活用できると考えています。その開発には複雑な化学プロセスを含んでいて、これまで正確な計算が不可能でした。計算しようとしても、既存のコンピューターではメモリが足りず、膨大な時間がかかってしまう。しかし、量子コンピューターなら計算が可能になり、より緻密な設計で開発できるのではないかという期待があります。それは、ひいては性能の高い半導体の誕生につながります」
スマホなどが生活にあふれる今、その性能を左右する半導体は、まさに産業の根幹。進化が起きれば新しいイノベーションが生まれるのはもちろん、産業や経済の成り行きも変わる。
「特に関わってくるのが『感光性材料』という光に反応する化合物です。より良い感光性材料を作ろうとしたとき、これまでは配合や合成方法を少しずつ変えながら、ひたすら実験を繰り返して“当たり”を探すのが主流でした。いわば、職人の経験や勘で支えていた世界。しかし量子コンピューターで精密な計算ができれば、今より早く計画的に良いものへたどり着けるはずです」
電池や肥料を作る上でも、期待が寄せられている
Qハブの研究について、大西氏は「実用化はまだ先とはいえ、設立から1年半でかなり進んだ」と振り返る。このペースなら「10年後には特定の部分で実用化できるかもしれない」と推測。ちなみに海外の企業の中には、量子コンピューターで可能なことと不可能なことの“切り分け”を開始し、現実的な実用の道筋を立て始めたところもあるという。
では、量子コンピューターは他にどんな領域で活用が考えられるのだろうか。大西氏が一般的に考えられる活用例を紹介してくれた。
「量子コンピューターは、光が関係する製品を作る上で力を発揮すると思います。感光性材料もそのひとつですよね。さらに皆さんがイメージしやすいのは『太陽光発電』。緻密な計算が可能になることで、光を効率よく吸収する素材を開発できるかもしれません」
また、酸素と素材の関係性という意味でも注目だという。さまざまな素材が劣化する要因として“酸化”があり、サビはその代表。そこで、なるべく酸化しにくい、劣化しにくい素材や構造を作れるかもしれないという。
「さらに酸素は電池の電極にも関連しており、より性能の高い電池を考える上でも量子コンピューターは可能性があります。実際、自動車メーカーはこの領域にかなり注目していますね」
電気自動車の普及には、長時間の走行を可能にするバッテリーが必要。この分野でも期待されている。
そして最後に、量子コンピューターで実現できるかもしれない“夢”として、こんな話をしてくれた。
「農作物を作る肥料には、アンモニアが含まれています。アンモニアは窒素から作るのですが、生成方法の主流となっている『ハーバー・ボッシュ法』は100年以上前に確立されたもの。その方法を行うには高温高圧の環境が必要であり、大量のエネルギーを消費します。肥料は世界中で使われていますから、トータルでは膨大なエネルギーに。地球の消費エネルギーのうち、約2パーセントがアンモニア合成に使われているという指摘もあるほど。環境面へのマイナスが危惧されてきました」
しかし、これまでは窒素を効率的にアンモニアに変える方法がほかに見つからなかった。
「ただ、ヒントになるものはありました。豆類の根に根粒菌と呼ばれるものが棲んでおり、その菌はほぼ常温で窒素をアンモニアに変換しています。この変換メカニズムの詳細を量子コンピューターで明らかにできれば、小さなエネルギーでアンモニアを生成できるかもしれません。量子化学における、ひとつの夢です」
大西氏は、量子コンピューターの実用化がもたらすものとして「エコや環境はキーワードになる」という。その領域は進化する可能性があり、エネルギー関連の業界も興味を持っているようだ。
今まで解明できなかった仕組みが、量子コンピューターの計算力で分かっていく。それは、環境問題とのつながりでも大きな意味を持っている。
（取材・文／有井太郎 撮影／森カズシゲ）
※記事の内容は2020年3月現在の情報です