在量子计算机的开发竞争舞台上，“第3种方式”正在迅速浮出水面。那就是被称为“冷原子型”的技术，采用冷却至极低温度的原子。与其他方式不同，日本的研发团队走在世界的前列。这种方式在日本政府研发计划中的比重近年来提升，或将成为日本推进量子计算机实用化的开发战略的关键。
自主技术受到世界关注
在位于爱知县冈崎市的自然科学研究机构分子科学研究所，教授大森贤治的研究室里，实验装置的显示屏上规则地纵横排列的颗粒闪闪发光。显示出冷却至极低温度、已停止运动的一个个金属原子（铷）在真空容器当中浮游的情形。
冷原子量子计算机把像这样排列的一个个原子用作处理量子计算的“量子位”。研发团队利用这个实验装置实现了400个量子位，大幅超过现有量子计算机上实现的量子位数量。大森贤治教授表示，“到1～2年后将轻松增至1000个量子位。从原理上讲可增至1万个量子位”。
把冷却原子用作量子位的创意此前就存在，2016年美国和法国的研发团队相继在利用名为“光镊”的激光技术在真空中随意移动原子、放在任意位置方面取得成功。打造实用性的量子计算机的前景已经出现。自那以来，美国的哈佛大学、ColdQuanta和法国Pascal公司等为推进实用化而展开激烈竞争。
在此背景下，大森贤治教授的团队采用了以极短时间进行脉冲发光的超高速激光操控冷却原子的自主技术，受到全球的关注。在量子位的集成规模上，也领先于存在竞争关系的研发团队。8月9日大森团队宣布，成功实现超高速“量子位门”（量子计算的运算元素）。
超高速量子位门
此次取得成功的是，在2个量子位之间产生和执行“量子纠缠”这一现象的双量子位门之中、被称为“受控Z门”的代表性量子位门。向利用光镊排列为微米间隔的冷却铷原子照射超高速激光，以6.
5纳秒这一极短时间使之产生运动。在双量子位门的工作速度方面，大幅超过了美国谷歌2020年实现的15纳秒。
操控冷却原子时激光照射等导致的噪声成为问题，大森团队实现的工作速度比噪声的时间尺度快了2位数以上，据大森贤治表示“能够基本上忽视噪声的影响”。抑制噪声导致的计算错误的技术明显取得进展。
“超导”和“离子阱”进入商用机阶段
量子计算机中目前接近实用的是“超导型”和“离子阱（Ion trap）型”这两种。超导型利用冷却至超低温、使电阻降为零的电子电路的芯片实现量子位。美国IBM此前开发了127个量子位的商用超导量子计算机。计划2022年内推出433量子位的计算机，到2023年推出超过1000量子位的计算机。另一方面，离子阱型则利用借助磁场使之漂浮在空中的离子（带电原子）来形成量子位。美国的霍尼韦尔、IonQ和奥地利的AQT公司等推进研发，能用于云服务的商用计算机已问世。
在以浮游状态形成量子位这一点上，离子阱型与冷原子型相似。其优点是，进行量子计算时的“量子叠加”状态的持续时间与冷原子型同样非常长。不过，相较于冷原子型，离子阱型被认为更难以大幅增加量子位数。
在日本，理化学研究所计划2022年度开发首台日本国产超导量子计算机，但被IBM等领先者远远甩在后面。离子阱型的研发在日本国内也显得低迷。鉴于这种情况，日本政府似乎也在加强押注有可能在世界开发竞赛中成为黑马的冷原子型。
在日本，量子相关的主要政府计划有2018年度启动的文部科学省的“光·量子飞跃旗舰计划（Q-LEAP）”以及始于2020年度的内阁府“登月型研究开发制度”（Moonshot）”这两个。其中，在Q-LEAP中，冷原子型的研究预算自2021年度起实质上得到增加，而在Moonshot中，本年度追加了冷原子型的计划。
在两项计划担任负责人的大森贤治教授的研发团队将加强与美国ColdQuanta的合作关系，加快旨在推进实用化的研究。大森贤治表示，“肯定要不断增加量子位数量，此外还将致力于提高超高速激光的精度和缩小设备尺寸，希望赢得实用化竞赛”。
