【電子版】月刊ファインケミカル2026年11月号 | 最先端技術書・専門書のシーエムシー出版

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【特集】量子コンピュータとイジングマシンが拓く材料探索と配合設計の最前線

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量子アニーラを用いた組み合わせ構造に対するベイズ最適化-化学材料探索と波長選択への応用-
Bayesian Optimization of Combinatorial Structures Using a Quantum Annealer:Applications to Chemical Materials Discovery and Wavelength Selection

　本稿では,膨大の組み合わせから限られた評価回数で有望な候補を見出す手法として,ベイズ最適化と量子アニーリングを組み合わせた探索の枠組みを解説する。化学材料探索と果物の糖度推定における波長選択への応用事例を通じて,多様な材料候補の発見や頑健な波長選択の意義を示し,実務上の課題と今後の展望を述べる。

【目次】
1　はじめに
2　試し尽くせない問題でどう探索するか-ベイズ最適化
3　組合せ最適化問題を計算機で解く-QUBOと量子アニーリング
4　研究事例1:D-Waveの量子アニーラを用いた新規化学材料の探索
5　研究事例2:果物の糖度推定における頑健な波長選択
6　現状の課題と実務上の意義
7　今後の展望

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イジングマシンを用いた大規模結晶モデルの元素配置探索
Exploration of Elemental Configurations in Large-Scale Crystal Models Using Ising Machines

　結晶の中で原子がどう並ぶかを知ることは,材料の性質を理解する第一歩である。しかし,原子数が増えると,並び方の候補は膨大になる。本稿では,この探索にイジングマシンを利用する研究を紹介する。金-銅合金を例に,クラスター展開法で得たエネルギー関数をイジングマシンで最小化し,組成を指定した大規模な元素配置を探索する方法と計算結果を説明する。

【目次】
1　はじめに
2　結晶構造探索におけるイジングマシンの利用
3　クラスター展開法とイジングマシンによる探索
4　2次クラスター展開による元素配置探索
5　高次クラスター展開への拡張
6　まとめと展望

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量子コンピュータは材料シミュレーションをどこまで変えるか
―高精度計算の高速化・DFTの大規模化・MDのレアイベント解析―
How Far Can Quantum Computers Transform Materials Simulation?
―Accelerating High-Accuracy Calculations, Scaling DFT to Large Systems, and Rare-Event Analysis in MD―

　量子コンピュータによる材料シミュレーションの新展開を,波動関数理論,DFT,MDの三領域から概説する。高精度電子状態計算の高速化,大規模系DFT,レアイベント解析を可能にする量子MDに関する最近の成果を紹介し,古典・量子ハイブリッド計算による材料計算の将来像を展望する。

【目次】
1　はじめに
2　量子コンピュータによる密度汎関数計算
3　量子コンピュータによる分子動力学計算
4　高精度波動関数計算への量子コンピュータの応用
5　おわりに

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Early-FTQC時代の量子コンピュータによる高精度量子化学計算
High-Accuracy Quantum Chemistry on Quantum Computers in the Early-FTQC Era

　量子コンピュータによる高精度量子化学計算には,大規模な誤り耐性量子コンピュータが必要とされてきた。本稿では,誤り耐性が完全でないEarly-FTQC時代の量子コンピュータを対象に,アルゴリズム,分子モデル,量子計算アーキテクチャを協調して最適化することで,触媒・創薬関連分子の高精度計算を実現する可能性を紹介する。

【目次】
1　はじめに
2　Early-FTQC時代の量子化学計算
2.1　NISQとFTQCの間を狙う
2.2　Early-FTQCデバイス向け量子位相推定
3　部分ランダム化時間発展による量子回路圧縮
4　分子ハミルトニアン最適化:Unitary Weight Concentration
4.1　スペクトルを保ったまま係数分布を変える
4.2　分子モデルに対する効果検証
5　STARアーキテクチャを用いた計算資源見積もり
5.1　アナログ回転ゲートを Early-FTQC デバイスで実装する
5.2　代表的な分子に対する資源見積もり
5.3　Early-FTQC量子化学計算が埋める「中間領域」
6　おわりに

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量子アルゴリズムによる量子化学計算:材料研究への展開を見据えた取り組み
Quantum Chemistry Calculations with Quantum Algorithms:Efforts Toward Future Applications in Materials Research
　
　量子アルゴリズムによる量子化学計算を材料研究に応用することを見据え,方法論の開発に取り組んでいる。本稿では(1) VQDによる励起状態計算,(2)スピン多重度を指定しないVQE,(3)多参照摂動論との接続によるQSCIの精度向上について紹介し,量子と古典の相互補完によって電子相関を扱う新たな枠組みについて俯瞰する。

【目次】
1　緒言
2　研究事例紹介
2.1　VQDによる励起状態計算と光触媒モデルへの応用
2.2　スピン多重度を指定しないVQEによるPtCO吸着過程の解析
2.3　QSCI-PTによる芳香族分子の励起状態計算
3　将来展望

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量子コンピュータによる高精度な分子構造最適化
Accurate Molecular Geometry Optimizations Using a Quantum Computer

　量子位相差推定は量子重ね合わせ状態を利用して電子状態間のエネルギー差を直接計算する量子アルゴリズムである。量子位相差推定を異なる分子構造間のエネルギー差へ拡張するとエネルギー核座標微分を直接評価でき,全エネルギーを求めることなく分子構造最適化が可能となる。本稿ではその原理と応用を解説する。

【目次】
1　はじめに
2　量子位相推定と量子位相差推定
3　量子位相差推定のエネルギー核座標微分直接計算への応用
4　おわりに

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【研究開発情報】

ナノアロイⓇ技術を活用した難燃・高耐熱を併せ持つ新規柔軟PPS樹脂の開発

　ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS)は優れた耐熱性・難燃性を有する一方,靭性・柔軟性に乏しいという本質課題を抱える。本稿では,東レ独自のナノアロイⓇ技術による相構造制御を概説し,相反転アロイを用いた超柔軟PPS,さらに新規柔軟成分の微分散化により柔軟・難燃・高耐熱を同時に両立した新規柔軟PPSについて報告する。

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[スタートアップインタビュー]Chema Tech News #11

水処理からセンシングまでDeevecが拓く高耐久BDD電極の社会実装

　ホウ素ドープダイヤモンド(BDD)電極の開発を手掛けるDeevecを取材。独自の界面層技術と形状展開により、難分解性物質の水処理や水質センシングへの応用に向けたBDD電極の実用化・社会実装への取り組みを紹介する。

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[ケミカルプロフィル]
プソイドクメン
ブタジエン
1,2,3-ベンゾトリアゾール

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[ニュースダイジェスト]
・海外編
・国内編