2026年4月1日——大阪大学量子信息与量子生物学中心（QIQB）与Fixstars公司联合研究团队在多达1,024块GPU上实现了迄今最大规模的量子化学迭代量子相位估计（IQPE）电路经典模拟，突破了此前40量子比特的限制。该成果拓展了可用于开发和验证未来容错量子计算机量子算法的分子系统规模，推动药物研发和材料开发等工业应用取得进展。

要克服药物研发中的未解难题及开发应对气候变化的新材料，需要超越现有技术能力的先进量子化学计算。在此背景下，容错量子计算机（FTQC）被普遍视为关键使能技术，这使得在其部署前开发和验证最终将运行于该系统的量子算法变得愈发重要。

量子相位估计（QPE）作为众多量子算法的核心子程序，在量子化学领域有望实现当前经典计算机难以完成的分析。由QIQB的Wataru Mizukami教授、助理技术人员Shoma Hiraoka和Sho Nishida，以及Fixstars公司的Yusuke Teranishi组成的研究小组，聚焦于所需量子比特数更少的迭代QPE（IQPE）方法，并将其实现于量子化学电路模拟器“chemqulacs-gpu”中。

该团队还开发并应用了新型并行计算技术以最大化大型GPU集群性能。由此突破了早期研究中基于态向量的40量子比特量子化学模拟限制，完成了全球最大规模同类模拟之一。具体成果包括：

• 最大问题规模：应用量子比特缩减技术实现了H₂O分子42自旋轨道系统计算
• 最大电路规模：完成Fe₂S₂分子41量子比特纯电路规模基准测试

为实现这一突破，研究人员在“chemqulacs-gpu”模拟器中实现IQPE算法，并开发了针对大型GPU集群优化的并行计算方法。借助日本产业技术综合研究所ABCI-Q系统上1,024块NVIDIA H100 GPU，该工作突破了传统计算瓶颈，将量子化学算法的量子电路模拟规模扩展至前所未有的水平。

这一成就拓宽了量子算法开发与验证所适用的分子范围，为未来在容错量子计算机上实现更复杂、更真实的分子模拟奠定了基础。

Wataru Mizukami教授评论

“协调使用1,024块GPU进行大规模量子电路模拟具有极高技术难度，在48小时计算窗口期内我们多次遭遇意外问题。令我欣慰的是，在Yusuke Teranishi和Shoma Hiraoka两位年轻研究者带领下，团队始终保持攻坚态势，加之ABCI-Q运维人员的及时支持，最终取得这项世界级成果。希望此成果能加速量子算法开发进程。”

合作研究说明

本工作基于QIQB的Mizukami教授研究计划开展联合研究。QIQB主导了GPU集群经典模拟IQPE量子电路的方法研发，并实现了连接量子化学层与模拟层的接口；Fixstars公司则提供GPU性能分析与优化技术，负责模拟代码优化及ABCI-Q系统性能调优。该研究解决了复杂的GPU间通信瓶颈，实现了高效电路模拟。

成果概要

大阪大学量子信息与量子生物学中心（QIQB）与Fixstars公司联合团队使用多达1,024块GPU，完成了全球最大规模的量子化学迭代量子相位估计（IQPE）量子电路经典模拟，突破40量子比特原有极限。该成果为未来容错量子计算机的量子算法开发与验证提供了更广阔的分子系统尺度，推动药物发现与材料开发等工业应用取得进展。