量子コンピュータは、量子力学の原理に基づく超高速次世代コンピュータとして、実用化が期待されている。通常のコンピュータが「０」もしくは「１」のいずれか（ビット）を情報処理に用いるのに対し、量子コンピュータでは、「０と１の重ね合わせ状態」である量子ビットを計算に使用する。大規模に集積した量子ビットを操作することで、超並列的な高速計算が可能となることが知られており、その応用探索も進んでいる。

量子ビットを実現するための研究は、様々な物理系で精力的に行われている。超伝導体を用いる方式が進んでいるが、シリコン量子ドット中のスピンも有望な系の１つとして期待されている。半導体加工技術による将来的な素子の集積化が可能であり、また情報の保持時間に相当するコヒーレンス時間が長いという利点がある。本講演では主にこの方式の研究開発動向について紹介する。

大規模な量子ビットの集積には、３次元配線も含めた本格的な設計を行う必要がある。また、量子ビットを高速かつ正確に操作するためには、量子ビットと制御回路を近づける方が望ましいと考えられる。比較的高温で動作する量子ビットの開発や、低温動作する量子ビット制御用のエレクトロニクスが必要となる。量子コンピュータの実用化に向けて、量子技術の高度化を進めながら、既存の半導体技術も活用し、デバイス、回路、システムを連携させて、研究開発を推進する必要がある。本講演では今後の展望についても述べたい。

近年、量子技術に対する期待が高まっており、我が国の経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる重要技術として、国を挙げた戦略的な推進が始まっている。量子通信は、量子技術の最も重要な一分野と考えられ、量子技術の社会実装は量子鍵配送から始まり、将来的には、分散配置された量子コンピュータを量子通信で結合した量子ネットワークの実現が期待されている。いうまでもなく量子通信の主役は光技術であり、逆に光技術の将来像の一つが量子通信であるといえる。

量子通信では、量子効果を利用することにより、従来は不可能であった機能を持つ通信を実現することができる。量子鍵配送はその代表例であり、理論的に安全性が保証された通信を実現することができる。その安全性は、物理法則が正しいことを仮定して理論的に証明されるものであり、理論的にはどのような技術を持つ盗聴者に対しても、たとえ量子コンピュータを有する盗聴者に対しても安全性を保つことができる。どんな未来の技術に対しても安全であるので、今日行う通信の安全性を未来永劫保つことができるといえる。このような長期の安全性は、従来の技術では実現することはできないものである。

本講演では、光技術が拓く量子通信の現状について紹介する。特に、量子鍵配送については、単一光子検出を用いる方式のほか、コヒーレント光通信で用いられているホモダイン検出を用いる方式についても紹介する。