富士通株式会社与大阪大学量子信息·量子生命研究中心近日宣布，成功开发出适用于Early-FTQC（早期容错量子计算）时代的量子计算新技术。该技术通过升级“STAR架构”至3.0版本并结合分子模型优化算法，显著降低了计算资源需求，使得在现有量子计算机上计算复杂化学材料（如催化剂分子）的能量成为可能，有望加速药物研发、氨合成工艺优化及碳循环技术的突破。
当前量子计算面临的主要挑战在于噪声导致的计算错误。传统观点认为，要实现具有实用价值的计算，需要百万级量子比特规模的容错量子计算机。然而，富士通与大阪大学自2023年起便致力于通过“STAR架构”（Space-Time efficient Analog Rotation quantum computing architecture）在早期阶段实现实用化。该架构通过高能效的相位旋转门技术，大幅减少了实现任意角度相位旋转所需的量子比特数量。此前发布的ver.1和ver.2版本已证明在数万量子比特规模下计算高温超导等固体材料物性的可行性，但面对结构更复杂的分子能量计算，传统方法仍面临资源不足或耗时数千年的困境。
本次突破的核心在于两项技术的深度融合。首先是“STAR架构”ver.3的发布，该版本将相位旋转门与逻辑T门（T-gate）进行融合，使计算精度提升了10倍以上。这一改进不仅扩大了可计算的分子规模，还有效降低了量子比特对错误率的敏感度，使得在物理错误率高达0.10%的早期量子计算机上也能运行。其次是创新的分子模型优化技术，该技术不再简单地将分子模型分割，而是通过变形分子模型来调整各项的重要性分布，从而在保持近似精度的前提下，最优平衡时间演化法与随机采样法的使用比例，将量子回路中的门数量降至最低。
研究团队以三种关键分子为对象进行了验证：药物研发中至关重要的细胞色素P450蛋白、涉及氨合成与能量代谢的铁-硫簇合物，以及合成化学领域备受关注的钌催化剂。这些分子的**能量计算在经典计算机上因内存不足无法实现，即便使用STAR架构ver.2也需耗时数千年。验证结果显示，得益于STAR架构ver.3，所需量子比特数减少至传统容错架构的1/15至1/80；结合分子模型优化技术，计算时间较旧方法缩短了三个数量级。在物理错误率为0.10%时，计算时间仅需约35天；若错误率降至0.01%，则仅需约10天。随着未来硬件错误率的进一步降低及并行计算技术的引入，计算时间有望缩短至实用化水平。
日本在量子计算软件与算法领域长期处于****地位，富士通与大阪大学的合作体现了产学研深度融合的优势。日本通过JST（日本科学技术振兴机构）的COI-NEXT及Q-LEAP等***项目，持续投入量子软件的基础研究，旨在构建从理论到应用的完整生态。这种在硬件尚未完全成熟前，优先通过算法优化挖掘早期量子计算机潜力的策略，为行业提供了极具参考价值的“弯道超车”思路。