2026年3月25日——富士通株式会社与大阪大学量子信息量子生物学中心今日联合宣布开发出一项新技术，旨在加速早期容错量子计算（early-FTQC）时代量子计算机的工业应用。通过将独特的STAR架构第三版（一种高效相位旋转门量子计算架构）与新型分子模型优化技术相结合，该研究团队显著降低了计算资源需求。这一突破将使得利用早期容错量子计算机在现实时间框架内完成催化剂等化学材料设计的能量计算成为可能。此类计算目前无法通过现有计算机实现，即使采用此前版本的STAR架构也需耗时数千年。该技术有望助力解决包括加速药物研发、提升氨合成工艺效率及推进碳循环技术在内的多项社会挑战。

技术背景

量子计算在药物发现、密码学和金融等广泛领域展现出巨大潜力。然而当前量子系统容错率极低，普遍认为实际应用需要具备数百万量子比特的量子计算机。

为提升纠错能力并加速量子计算实用化进程，富士通与大阪大学于2023年3月23日确立STAR架构第一版，随后在2024年8月28日推出第二版。后者通过先进相位旋转门技术显著扩展计算规模，使高温超导等固态材料特性的早期容错量子计算成为可能。

但精确计算复杂分子化学能的实际应用仍需要过量资源，此前方法受限于算力不足或时间成本过高。

新技术突破

本次联合研究证实，结合以下两项技术可在实际时间框架内以足够精度完成化学材料能量计算：

1. STAR架构第三版开发

• 相较于传统T门容错量子计算架构，STAR架构前两版已通过独特相位旋转门实现更高效率
• 第三版通过相位旋转门与逻辑T门集成，将计算精度较第二版提升超10倍
• 该进展可在相同量子比特数下完成更复杂分子计算，并降低对量子比特的容错率要求

2. 分子模型优化技术

• 该技术专为搭载STAR架构第三版的量子计算机设计，应用于从分子模型生成量子电路的过程
• 通过将分子模型分解为多项并依据项重要性选择性应用具有不同特性的时间演化与随机采样技术，重构模型保持精度的同时重新分配项权重
• 优化两项技术平衡后，分子能量计算的量子电路门数量最小化，较传统方法实现计算时间的数量级缩减

为验证技术实效，研究人员评估了三种典型分子工业级能量计算所需的量子比特数及耗时：药物研发关键氧化酶细胞色素P450、参与氨合成的铁硫簇催化蛋白、以及合成化学关注的钌催化剂。传统计算机因内存限制无法完成这些分子的精确能量计算，即便采用STAR架构第二版也需数千年且难以实现高精度。验证结果表明，STAR架构第三版将所需量子比特数降至传统容错量子计算架构的1/15至1/80，同时证实量子比特物理错误率要求可从原先的0.01%放宽至0.10%仍具可行性。

分子模型优化技术更将计算时间较未采用时缩短三个数量级。富士通与大阪大学确认：在量子比特错误率0.10%条件下计算时间可压缩至约35天，0.01%时约10天。随着未来量子计算机物理错误率预期下降及多机并行计算应用，计算时间有望进一步缩减至完全实用化水平。

未来规划

富士通与大阪大学将持续优化STAR架构及分子模型技术，拓展早期容错量子计算时代的实际应用场景，计划在药物研发、新材料开发及金融等多领域应用这些技术以应对社会挑战。