AI・量子共通基盤の研究開発を開始
～国内10機関が連携し、量子コンピューターの利用促進へ～

学校法人早稲田大学（所在地：東京都新宿区、理事長：田中愛治）は、2025年7月31日にNEDO（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）に採択された「ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業（g5-3）量子コンピューターの産業化のためのミドルウェア開発」（注1）の取り組みにおいて、KDDI株式会社、株式会社KDDI総合研究所、株式会社セック、株式会社Jij、株式会社QunaSys、国立研究開発法人産業技術総合研究所、学校法人慶應義塾、国立大学法人大阪大学、学校法人芝浦工業大学とともに、AI・量子共通基盤の研究開発を実施します。
量子技術を巡る国際競争が激しさを増すなか、内閣府が掲げる「量子未来社会ビジョン」（注2）においても、量子技術の社会実装や産業化の強化が重要方針として示されています。本研究開発を通じて2027年度末までに、量子コンピューター利用の敷居を下げ、さまざまな産業分野で量子技術を手軽に活用できる技術を確立します。これにより、AIと量子コンピューターの計算資源を融合し、量子技術に関する専門的な知識がなくても利用できる「AI・量子共通基盤」の構築を目指します。
なお、早稲田大学の代表研究者は、理工学術院の戸川望（とがわ のぞむ）教授です。

<背景と課題>

・2019年のGoogleによる量子超越の発表以降（注3）、世界的に量子コンピューターの技術が進化し、主要IT企業が実機配備やクラウドサービスの提供を始めるなど量子コンピューターの産業化が加速しています。

・日本においても内閣府が「2030年までに量子技術の利用者を1,000万人、国内生産額を50兆円にする」を目標に掲げており、エネルギーや製造・物流、材料開発などの分野でのユースケース開拓に向けた取り組みが進められています。

・その中でも特に、量子コンピューターの利用者には高度な専門性が必要であることや、プロバイダーが量子コンピューターを安定的に運用する技術が未成熟であることなど、量子コンピューター市場の活性化に向けては多くの障壁があります。

■利用者が抱える課題

・現状、量子コンピューターの利用者は、量子情報や量子力学のような高度で専門的な量子技術の知識が必要です。量子コンピューター市場の活性化に向けて利用者を拡大するためには、専門的な知識を持たなくても直感的に利用できるプラットフォームが不可欠です。

・量子コンピューターには超伝導方式・中性原子方式・光方式など多様な方式が存在します。さまざまなクラウドサービスの中から、ユースケースに応じて適切な計算資源を選択することができる仕組みが必要です。

■プロバイダーが抱える課題

・量子ビットの状態が非常に不安定で、量子コンピューターを長時間にわたって安定稼働させることが困難であるため、安定的に運用する技術を成熟させる必要があります。

＜本研究開発について＞

■概要

量子コンピューターの産業利用加速に向け国内10機関で以下の２つの共同研究テーマに取り組みます。共同研究では、産業技術総合研究所の量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター（注4）に設置された量子・古典ハイブリッドコンピューティングのテストベッド（以下 ABCI-Q）を活用し、研究開発を推進していきます。

図1 本研究開発の概要図

（１）計算資源を最適に割り当てるミドルウエア技術の開発

量子コンピューターの機能が抽象化されたAPIや、量子技術の知識を学習した生成AIを導入した統合開発環境（以下 IDE）を構築し、利用者が専門的な知識を持たなくても利用できるプラットフォームを開発します。また、AI・量子共通基盤の利用者がアプリケーションを実行する際に最適な計算資源を自動的に割り当てるロードバランシング技術（注５）の開発にも取り組みます。

さらに、プラットフォーム上で開発したアプリケーションを多数の利用者へ提供するためのアプリケーションサービスプロバイダー（以下 ASP）を開発し、量子コンピューターの利用者拡大を促進させます。

（２）量子コンピューターの運用技術の開発

各量子コンピューターの運用に必要となるテレメトリデータの抽出と蓄積方法を開発し、量子コンピューターの運用技術を確立します。また、極低温冷凍機や制御装置といった周辺機器のテレメトリデータを基に障害検知・管理技術を確立します。

＜本研究開発の推進体制について＞

本研究開発は、KDDI株式会社と株式会社KDDI総合研究所がプロジェクト全体のマネジメント及び技術要件定義の統括を行い、産学官による研究チームで推進します。

この中で、早稲田大学は、研究開発テーマ「計算資源を最適に割り当てるミドルウエア技術の開発」のうちIDEプロトタイプのAPI開発を担当します。特に、最適化アプリケーションの高性能化に関するAPIの研究開発を行います。本研究開発を通して、通信分野をはじめ、量子コンピューターのユースケースの探索や創出に貢献します。

表１ 参画する研究機関と役割

＜研究者のコメント＞

早稲田大学は、これまでもKDDI株式会社とKDDI総合研究所等と共同して、通信分野をはじめ、量子コンピューターのユースケースの探索や創出に取り組んできました。さらに具体的なユースケースのもと、最適化アプリケーションの高性能化に関して多くの要素技術を創出してきました。本研究開発では、これまでの研究開発成果を高度化するとともに、これらの成果を統合開発環境に組み込み、量子コンピューターのユースケース探索や拡大を通して、量子未来社会ビジョンの実現に貢献したいと思います。

＜用語解説＞

（注1）2025年3月26日「ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業」に係る公募について
（注2）出典：2022年4月22日「量子未来社会ビジョン ～量子技術により目指すべき未来社会ビジョンとその実現に向けた戦略～」（内閣府 統合イノベーション戦略推進会議）
（注3）2019年のGoogleによる量子超越の発表
Quantum supremacy using a programmable superconducting processor | Nature
（注4）産総研：量子・AI融合技術ビジネス開発グローバル研究センター
（注５）ここでのロードバランシングとは、多くのリクエストを複数の計算機に均等に分散させるだけではなく、利用者の要件や計算機の状態を加味し、アプリケーションの実行に最も適した計算機を選択する技術のこと。

＜参考＞

量子コンピューターに関する過去の報道発表
・2025年2月27日ニュースリリース KDDI、KDDI総合研究所、Jij、QunaSys、早稲田大学、AI・量子共通基盤の構築に向けパートナーシップ締結

演題：Simple-Looking but Non-Obvious Transformations

日時：2025年9月23日(火) 16:20-18:00

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス63号館　201教室

講師：Guangbin Dong　(Weldon G. Brown Professor, University of Chicago)

対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部 応用化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：Exploring the Combination of Electrochemistry, Fluorination and Hypervalent Iodine for the Development of Novel Organic Methodology

日時：2025年8月18日(月) 16:20-18:00

会場：早稲田大学　121号館 コマツ100周年記念ホール

講師：Alastair Lennox　(Associate Professor, University of Bristol)

対象：学部生、大学院生、教職員、学外者、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部 応用化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

発酵ガスから化学原料へ
～ほしいときにほしいだけ低温で～

ポイント

• 食品廃棄物等の資源を発酵して得られる発酵ガス（バイオガス）はメタンと二酸化炭素の混合ガスであり、温暖化を引き起こす二大要因のガスである。
• この2つから化学原料を作るうえで、従来の方法では炭素析出^※1が多く、実用化が困難であったが、今回、世界で初めてメタンと二酸化炭素から化学原料（合成ガス）をほしいときにほしいだけ低温で産み出すことに成功した。
• 従来の方法では、800℃程度の熱が必要だったが、今回開発した技術により、200℃以下で同等の性能を炭素析出なく得ることができた。

概要

　食品廃棄物やバイオマス系の資源を発酵して得られる発酵ガス（バイオガス）は、メタンと二酸化炭素が半分ずつ含まれています。メタンと二酸化炭素は、温暖化を引き起こす二大要因のガスでもあり、この2つから化学原料を作る方法は従来から知られていましたが、非常に高温を必要とし、かつ炭素の析出が多く、実用化が困難な方法でした。
早稲田大学理工学術院の関根　泰（せきね　やすし）教授とクラサスケミカル株式会社の研究グループは、世界で初めてメタンと二酸化炭素から化学原料（合成ガスと呼ばれ、大規模かつ工業的に製造・使用されており、燃料や化学品の源となる）を、ほしいときにほしいだけ低温で産み出すことに成功しました。従来の方法だと800℃程度の熱が必要でしたが、今回開発された技術だと200℃以下で同等の性能を得ることに成功しました。低温プロセスは加温の時間が短縮でき、かつ使用エネルギーも大幅に節約することができます。これまで課題であった炭素析出もほとんど起こらず、安定にエネルギー効率よく発酵ガス（バイオガス）から化学原料をオンデマンドで作ることのできる技術を誕生させることができました。
本研究成果は、2025年7月18日（金）に『ACS Catalysis』のオンライン版で公開されました。

これまでの研究で分かっていたこと

　これまでメタンと二酸化炭素の反応（ドライリフォーミング）は800℃で進むことは知られていましたが、工業的要請によって反応器^※２を小さくするために高圧にすると炭素が大量に発生してしまい、反応が継続できなくなります。二大温暖化ガスであるメタンと二酸化炭素を直接反応させて化学原料とすることは、夢の技術でしたが実用化は困難だと思われていました。

今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

　今回、独自に開発した触媒（1wt%Ru/La₂Ce₂O₇担持触媒）を用いて、表面イオニクス^※３（プロトンホッピング^※４）を活かした高圧でのドライリフォーミングを検討しました。その結果、熱による触媒反応の平衡転化率の限界を大きく超え、非常に低い温度（従来は800℃、今回は200℃）において、高いCH₄/CO₂転化率^※５、優れたH₂/CO比^※６、低い炭素析出と高い安定性を同時に実現することができました。この際に、表面イオニクスを介した低温での表面反応性種の被覆率の増加により、効果的かつ相乗的に性能を向上することが各種分光技術や計算化学などによって証明されました。

研究の波及効果や社会的影響

　バイオマス系や食品系の廃棄物の嫌気発酵（メタン発酵）によって得られるバイオガスは、これからのカーボンニュートラル時代に地産地消で得ることができる貴重な資源です。バイオガスを化学原料へほしいときにほしいだけ低温かつ安定的に転換できる技術は、今後、多様な用途、複数の地域での活用が期待できます。

課題、今後の展望

　今後も協働パートナーであるクラサスケミカル株式会社と、さらなる大型化・効率向上に向けて研究を重ね、実用化に向けて活動してまいります。

研究者からのコメント

　加圧で低温の環境において、炭素を作ることなく安定に発酵ガス（バイオガス）から化学原料（合成ガス）を産み出すことは、これまで絶対に不可能だと思われていましたが、それを覆すことができたのは大きな喜びです。これを活かして新たな化学反応の体系を協働先とともに築いていきたいと思います。

用語解説

※１　炭素析出
固体の触媒材料の上に「すす」のような炭素が積もってしまうこと。これが起こると、汚れとして触媒を劣化させ、反応を継続できなくなる。

※２　反応器
中に固体の触媒材料を詰め、ガスを流して反応させるための管。今回の場合、その触媒の周囲に電極が接触して電位をかけている。

※３　表面イオニクス
固体触媒の表面でイオンが動くこと。

※４　プロトンホッピング
水素イオン（プロトン：H⁺）が固体触媒表面で動くこと。

※５　CH₄/CO₂転化率
メタンならびに二酸化炭素がどれくらい反応したかを示す割合。

※６　H₂/CO比
生成してくる合成ガス（水素と一酸化炭素の混合ガス）の中の水素と一酸化炭素の比率。この値は、次に合成ガスを用いる上で適度な値が望まれる。

論文情報

（７）論文情報

雑誌名：ACS Catalysis
論文名：Electrically assisted low-temperature dry reforming of methane suppressing carbon deposition under high-pressure conditions
執筆者名：Clarence Sampson¹ Takumi Masuda¹, Taisuke Horiguchi¹, Saori Ichiguchi¹, Hiroshi Sampei¹, Hitoshi Matsubara², Shintaro Itagaki², Gen Inoue², Yasushi Sekine^1**責任著者

¹ Department of Applied Chemistry, Waseda University, 3-4-1, Okubo, Shinjuku,Tokyo 169-8555, Japan
² Technology Development Department, Oita Complex, Crasus Chemical Inc., 2, Nakanosu, Oita-city 870-0189 Japan

掲載日時：2025年7月18日（金）
DOI： 10.1021/acscatal.5c03126
掲載URL：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c03126

研究助成

この研究の一部は文部科学省科研費（24KJ2090ならびに23K20034）ならびに環境省のプロジェクトの支援によって行われました。

演題：Long-Range Memory in Stochastic Equations

日時：2025年9月2日(火) 13:30-14:30

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス 63号館 2 階会議室3-5

講師：Xue Mei Li　(EPFL教授およびImperial College London教授)

対象：大学院生、教職員、学外者

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：基幹理工学部 数学応用数理専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

リンク先ＵＲＬ:　https://www.math.sci.waseda.ac.jp/math/activities/

演題：Top Lyapunov exponent for advection-diffusion

日時：2025年9月2日(火) 16:30-17:30

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス 63号館 2 階会議室3-5

講師：Martin Hairer　(EPFL教授およびImperial College London教授)

対象：大学院生、教職員、学外者

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：基幹理工学部 数学応用数理専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

リンク先ＵＲＬ: https://www.math.sci.waseda.ac.jp/math/activities/

演題：My name is Bond, positron Bond.

日時：2025年8月5日(火) 16:00-17:40

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス55号館 S棟 9F 904号室

講師：Andres Reyes Velasco　(National University of Colombia教授)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：先進理工学部 化学・生命化学専攻

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：Composite Figures

日時：2025年7月23日(水) 18:00-20:00

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス55号館イノベーションラボ

講師：Oliver Lütjens　(建築家/チューリッヒ工科大学客員講師)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法：入場無料、直接会場へお越しください。

主催：創造理工学部 建築学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

公募要領_早稲田大学国際理工学センター_Major in Mathematical Sciences

Faculty Recruitment Information_Major in Mathematical Sciences_WasedaUniversity

演題：なぜmicroCHIPでmicroRNAを検出するとValiosoなのか？

日時：2025年7月16日(水) 13:10-14:50

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス53号館201室

講師：石原　量　(順天堂大学医学部　准教授)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

主催：先進理工学部 応用化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：最も有名ながん抑制遺伝子p53はどのようにがんを抑制するのか？

日時：2025年7月17日(木) 17:00-18:40

会場：早稲田大学　西早稲田キャンパス52号館204室

講師：大木 理恵子（国立がん研究センター・基礎腫瘍学ユニット独立ユニット長)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

主催：先進理工学部 化学・生命化学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

リンク先URL

https://www.ncc.go.jp/jp/ri/division/fundamental_oncology/Introduction/index.html

演題：Structure, Function and Discovery Potential of Microbiomes in the Ocean and Coral Reefs

日時：2025年8月1日(金) 16:00-17:40

会場：早稲田大学　120-5号館121会議室

講師：Sunagawa Shinichi （ETH　Zurich　教授）

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法：希望者は　k.koshigoe2@kurenai.waseda.jpにメールで申し込み

主催：先進理工学部 生命医科学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：Agroecological research and transformation in Europa

日時：2025年7月28日(月) 15:00-17:00

会場：早稲田大学　120-5号館121会議室

講師：ベリングラード木村園子ドロテア (ライプニッツ農業景観研究センター教授)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法：希望者は　[email protected]にメールで申し込み

主催：先進理工学部 生命医科学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000

演題：Soil Healthと精密農業

日時：2025年7月30日(水) 15:00-17:00

会場：早稲田大学　120-5号館121会議室

講師：水田　勝利　(ケンタッキー大学土壌植物学科　准教授)

対象：学部生、大学院生、教職員、一般

参加方法：希望者は　[email protected]にメールで申し込み

主催：先進理工学部 生命医科学科

問合せ：早稲田大学 理工センター 総務課

TEL：03-5286-3000