2026中研院QPU冬季Workshop

FUJITSU是日本量子電腦整機的製造、開發商，與日本RIKEN理研量子中心有深度合作，目標是開發出日本自研自製的FTQC量子電腦。這次演講的內容主要介紹、評估邁向大規模FTQC實用化所需要面對的課題。

▲ FUJITSU在日本有企業級資料中心、超級運算中心建置的解決方案。下方有趣的提到FUJITSU各個階段算力提升的方式：

1. 運算頻率提升：透過CPU高頻運算

2. 多核心運算：多核心CPU

3. 多叢集運算：叢集高速互聯

4. 記憶體內運算/近記憶體運算：克服記憶體頻寬牆，試圖減緩記憶體-運算核心資料間交換造成的延遲。

此外，也投入下一代量子科技、量子外延科技的計算發展。

量子電腦的種類

▲ 量子電腦的種類大致上可以分類為閘控量子計算(Gate-Base)和絕熱量子計算(Annealing)兩大類。在計算科學裡，這兩類量子計算算力等價，可以互相模擬，但針對不同問題所需的計算開銷不同。 閘控量子計算(Gate-Base)較容易與傳統計算做類比，而絕熱量子計算適合做最佳參數分析（即基態搜索）。FUJITSU針對多項技術都有投入開發。

▲ FUJITSU的量子電腦路線圖。FUJITSU研究包含超導量子電腦、鑽石自旋量子電腦。「STAR架構」一種基於相位旋轉閘（phase rotation gates）的量子運算架構。
Ref: https://global.fujitsu/en-global/technology/research/quantum
Ref: https://global.fujitsu/-/media/Project/Fujitsu/Fujitsu-HQ/technology/research/quantum/event-202503/FQD2025japan_guest_talk3.pdf

FUJITSU和RIKEN多量子位元系統開發

▲ FUJITSU和RIKEN的量子計算中心負責人中村泰信(Yasunobu Nakamura)合作開發多量子位元系統。 Nakamura Sensei和台灣中研院關鍵議題研究中心的量子計算負責人 陳啟東 特聘研究員 及 蔡兆申院士 早年曾多次合作開發Josephson Junction為基礎製作量子位元的可行性，包含Cooper Pair Box, FLux Qubit等，是現代Transmon的前身，奠定大量基礎。

▲ FUJITSU和RIKEN合作開發64位元，並希望透過模組化的方式，組合成256位元QPU。擴展研究重點包含如何沿用既有64位元的硬體設計成果、提升裝置密度，但也要避免熱功率過度上升。

大尺寸超導電路面板與量子位元變異性

多量子位元晶片的製程開發，其實類似半導體晶圓產業，透過在大面積的晶圓上面集成大量量子電路。相關的量產議題，便牽涉到晶圓上量子位元的均質性。 由於量子相應非常敏感、約瑟夫森節需要極高的工藝，分佈在晶圓上的超導量子位元特性實際上是有一定差異的。可以透過後處理，來將晶圓上的量子位元調教到相近的特性。

▲ 這張圖展示在晶圓上製備約瑟夫森節時，量子位元會因為約森夫森節的氧化層/絕緣層品質差異，展現出不一樣的阻值，如果不能精確控制量子位元的特性，會在QPU上產生非預期的串擾 （ZZ crosstalk）。

▲ RIKEN透過發展雷射加熱後處理的方式，提升量子位元的均值性。利用探針逐一量測量子位元，並施加雷射加熱調整約瑟夫森節的特性。

▲ 然而，在邁向更多量子位元的製程時，逐一量測、雷射對準加熱可能不是一個能快速擴展化的方式。 下一代的後處理，希望整合量子電路上既有的線路，直接施加偏壓電脈衝，來實踐均質化。

量子計算中心的基礎建設尺度

邁向「實用化」的量子計算優勢，FUJITSU的發展藍圖認為需要百萬個（～1M）物理量子位元的數量級組成的量子電腦。因為量子糾錯的需求，一個「實用的」邏輯位元，在目前的技術下，推估需要千顆個物理量子位元共同組成。 這裡說明一下，實驗上與早期量子優勢展現的實驗中，對於錯誤率的容忍較高，一個具有糾錯能力的邏輯量子位元大約在100個上下，故1000~5000個物理量子位元晶片是現在量子研究、廠商追逐的目標。 透過此類1000~5000個物理量子位元等效於20~50個邏輯量子位元的計算能力，來展示量子優勢。 如果要進行更實用、大規模的量子超級計算，一方面牽涉到大量的量子位元做併行（邏輯位元數要多）、另一方面也需要更深的邏輯電路深度（錯誤率要低、或是糾錯能力要強），對物理位元常是是平方級的成長。 然而，更大量的量子位元亦會產生更複雜的串擾，反而增加錯誤率，又需要更多資源來糾錯。這導致目前推估實用的量子計算，會需要整合百萬個量子位元才能具有實用的量子優勢。 百萬個量子位元帶來的控制儀器整合、高功率超低溫冷卻議題，將超越現在AI數據中心的耗電量，對電力基建帶來沈重的負荷。

▲ FUJITSU說明Early-FTQC和實際FTQC所需要的量子位元。

▲ FUJITSU推算規模化的量子超算中心所帶來的冷卻與耗電議題。一方面，超大型數據中心的冷卻會有大量的噪音，這會干擾量子位元造成錯誤率上升。 另一方面，量子超算中心的耗電，粗估將是TGW3等級，是超過500座核電廠的裝置容量！

▲ 由於上述推估量子超算中心的規模極其巨大，FUJITSU便提出一些開放問題，相關的基建要如何達成？由誰協助？以及如何降低相關的成本來增加可實踐性。