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NISTEP注目科学技術 - 2020_E126

　量子コンピュータを用いた様々なシミュレーション。特に、従来の古典コンピュータで実現しなかった生体内反応の量子化学計算によるメカニズム解明。

　生体内における窒素固定や光合成など、食料問題・エネルギー問題に関わる重要な現象のメカニズムを明らかにするためには、その反応機構を解析する必要がある。しかし、現存する（古典）コンピュータでは、これらの酵素の計算は定性的にすら行えない。なぜなら、反応中心に多数の金属原子を含んでいるため、波動関数を１種類の電子配置で書けないためである。
このような物質の計算を行うためには、「多参照の方法」と呼ばれる量子化学計算が不可欠であるが、このアルゴリズムは量子コンピュータと大変親和性が高いことが示唆されている。
量子コンピュータを用いた多参照の計算が実現すれば、窒素固定や光合成のメカニズム解明に大きな進展があると期待している。
また、メカニズムの情報を元に、生体物質を模倣した構造を合成することで、エネルギー問題解決に向けた新規物質の開発が期待できる。

①量子コンピュータと親和性の高い量子化学計算アルゴリズムの開発（ソフトウエアのブレイクスルー）。
または、②量子コンピュータの量子ビットの個数の増加（ハードウエアのブレイクスルー）。②を実現するための量子ビットの素材の開発もブレイクスルーに繋がるかもしれない。