研究
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量子コンピュータを用いた化学シミュレーション ～量子化学に向けた量子古典混合アルゴリズムの開発～
准教授 水上 渉（世界最先端研究機構 量子情報・量子生命研究センター）
研究の概要
量子コンピュータはまもなくNISQマシン（数十から数百程度の量子ビット（qubit）からなるエラー訂正機能のないタイプ）として実用化が始まると言われています。
我々は、量子化学の分野において、1) 物性値算出や分子構造最適化に不可欠な解析的エネルギー微分を行う方法、2)限られたqubit数を効率的に用いる方法を開発し、実用的量子化学計算を量子・古典ハイブリッドアルゴリズム (VQE、図1) で行える前段階にまで発展させてきました 。
現在、量子コンピュータの強みを圧倒的に生かすため、Dirac方程式（特殊相対論を考慮した波動方程式）と量子開放系を高効率に解くVQEの開発を進めています。古典の置き換えではなく古典が避けてきた領域への挑戦で、「複素数波動関数が生じる量子化学問題に対する量子加速」という新しい可能性の実現が期待されます（図2）。
研究の先に見据えるビジョン
NISQマシンから始まる量子コンピュータの社会実装
自然界の窒素固定や光合成の人工的な模倣は、量子コンピュータが必要と考えられています。エネルギー消費を飛躍的に抑え地球温暖化問題を解決するとともに、新たな産業の基盤を実現します。
担当研究者
准教授 水上 渉（世界最先端研究機構 量子情報・量子生命研究センター）
※本学ResOUのホームページ「究みのStoryZ」に、インタビュー記事が掲載されています。是非ご覧ください。
https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/story/2021/specialite_002_5/
キーワード
NISQ：Noisy Intermediate Scale Quantum Computing
VQE：Variational Quantum Eigensolver
応用分野
金属触媒の反応過程（窒素固定・二次電池・メタン活性化）／光機能材料(太陽電池・有機EL・光合成）