米国の量子情報科学産業振興政策からわかる国家戦略

その量子技術の一分野である量子情報科学（Quantum Information Science　以下QIS）では東芝執行役上席常務で、東芝デジタルソリューションズの取締役社長である島田太郎氏（参考資料4）によると、量子暗号通信関連特許出願数は東芝、NECが1位、2位を占めている。また同社ICTソリューション事業部QKD事業推進室シニアフェロー、村井信哉氏（参考資料5）によると、東芝は2020年10月時点で世界最高の鍵配送速度300kb/sと鍵配送距離120kmを誇る製品を世に送り出しているのとのことで力強い。しかし中国は、それより性能は劣るものの既に北京―上海間で実装実験を進めているので、実用化に必要なデータ収集という意味では日本は遅れている（参考資料4）。しかしこのQIS分野の産業は、まだやりようによっては日本がトップに出るチャンスは十分にある。

米国はQIS分野をどのような戦略で進めてきたのだろうか。IT関連査読付き論文件数やAI関連特許出願件数では、米国は近年中国に追いつかれている（参考資料4、2）が、累積の実力は底堅い。2018年12月にはQISに限らず広く量子技術をカバーした国家量子イニシアティブ法（National Quantum Initiative Act）が施行（参考資料6）されている。それに先立ち2018年9月に国家科学技術会議（National Science & Technology Council）科学委員会（Committee on Science）の下部機構である量子情報科学分科会（Subcommittee on Quantum Information Science、以下SCQIS）から、「量子情報科学の国家戦略全容（National Strategic Overview for Quantum Information Science）」（参考資料7）が発表されている。そこでは米国におけるQIS分野の産業振興策として、いかにしてQIS事業を育成し、幅広い市場に向けて展開していくかという国家戦略の全容が述べられているので、米国の戦略立案の考え方を知るうえで参考になる。

本稿ではその中で、特に注目すべき点を紹介する。即ち人材育成のため大学の機構改善案や教官の終身在職権付与、またQISインフラ構築のため産学官連携コンソーシアム構築、そして市場開拓のためQIS振興策の成果の政府機関や諸官庁における積極的活用、更には国家安全保障と経済発展を維持しつつ国際協調を促進する、などと入口から出口まで幅広く考慮されている。しかも10年先を見据えた戦略であるとともに、ポスト量子後も念頭に入れている点も興味深い。先を見通す仕事に携わっておられる方々に、僭越ながら少しでもお役に立てば幸いと思いつつご報告する。

＜戦略作成メンバー＞
SCQISでこの戦略策定を担当した委員会は、Co-Chare4名とExecutive Secretary1名 の他に委員23名の総勢28名で、全員各政府機関の官僚である。それぞれの出身官庁は国防総省4名、国家情報長官室、国家安全保障局、国家エネルギー省から各3名、国家行政管理予算室、NASA、国家科学財団、連邦政府、米国国立標準技術研究所から各2名、国土安全保障省、科学技術政策局、国立衛生研究所、農務省、内務省から各1名である。

＜戦略の全体構成＞
下記9項目で構成されている。即ち、
1. QIS：次世代技術革命、2.主要政策目標の概要、3.挑戦課題、4.科学第一主義、5.量子に精通した明日の働き手の育成、6.量子産業界との連携、7.必要不可欠なインフラの整備、8.国家安全保障と経済成長の維持、9.国際協力の促進、である。以下この順で抄訳し概要をまとめる。

＜各項目の概要＞
1.QIS：次世代技術革命
基本的には国家主導で進めるということである。即ち国家が科学第一主義アプローチで事業を支援し、多様な労働人材を育成し、企業連携を促進して、必要なインフラの整備に努める。そして経済成長を推進し国家安全保障を持続する。また国際間の共同、協調に努め、リーダシップを維持するとしている。

この戦略は10年先を見据えたもので、高速コンピューティングに使う量子プロセッサの実用化、バイオ技術や防衛用の新しいセンサ、軍用及び民生用次世代位置情報検知とナビシステム、QIS理論での材料科学や化学、重力の理解、機械学習や組み合わせ最適化の新規なアルゴリズム、そして量子理論で強化された暗号によるサイバーセキュリティ技術開発などが具体的に例示されている。

2.主要政策目標の概要
政策目標の要点をまとめた項であり、４項以降と重複するのでここでは省略する。但し必要に応じて、一部は以下の説明の中に織り込んで紹介する。

3.政策の挑戦課題
この戦略の挑戦目標は以下の4点にある。即ち
Coordination：国内各組織の方向性を明確にし、国際的にもリーダシップを発揮する挑戦。
Workforce：量子に精通した明日の働き手の育成の挑戦。（筆者註：Workforceは単に機械を扱う工場作業者という意味ではなく、ソフト開発も含めて広く量子産業界で活躍できる働き手という意味に解釈した。同様に本書でindustryは工場、工業と狭義で訳すより、広くソフト開発も含めて産業の意味と考える。）
Cross-community connection ：物理、コンピュータ科学、工学など、広範囲の学術部門の融合、あるいは学際的部門の新設に向けて、多様性への挑戦。
Discovery：発見への挑戦と言うより、むしろ進取の気概を持ち続ける挑戦の意である。量子デバイスの最も有益な活用分野は未知の世界に広がっているからだと説明している。

4.QIS産業振興への科学第一主義アプローチ
レーザやトランジスタ、MRIといった従来の量子力学で説明される領域とは異なり、QISは「量子重ね合わせ理論」や「量子もつれ現象」を扱う点が特徴である。特有な量子現象で、まだ新しい分野のため科学第一主義で臨む必要があり、政府はコアとなる研究プログラムと、オープンなプラットフォームを用意する。そして前項の壮大な挑戦（Grand Challenges）で得られた革新的なソリューションへ、少なくても10年間は継続した投資を行い、かつ科学者と技術者の多様なチームで開発実用化を進める。更に進捗状況を定期的に評価する仕組みを作ることが重要になるとしている。

諸官庁（Agencies）、産業界、学界から、ユニークなスキルと展望を引き出して、学科の壁を乗り越えて量子科学者同士の討議を活性化させ、共同研究ができるコミュニティを作る。科学者の学会参加を促し、専門誌を介して情報を共有できるよう、SCQISの更なる調整能力が求められている。

5.量子に精通した明日の働き手の育成
来たるべきQIS産業の持続的な発展には、量子産業界で活躍する労働力の育成が決定的に重要である。応用分野が多岐にわたるため、物理、情報、エンジニアリングの幅広い学際的な専門知識を有する人材を必要とする。しかしながら現在の米国の教育システムではそれぞれ個別の学科構成なので、学科を横断してアプローチできる人材を輩出する仕組みになっていない。学生を教育する責任は学界にあるが、諸官庁や産業界も学界に協力して、ニーズに合うように大学機構改革を進める必要がある。セクターを横断し、学科を横断した環境で教育された学生たちであれば、量子産業用に整えられたツールとインフラ施設を与えられたとき、大いにその実力を発揮できるようになろう。

政府機関にもプログラムの開発や拡張が求められる。例えば早期キャリア賞（参考資料8）のプログラムを他の政府機関の事業に拡大させれば、更なる改善にもつながる。また長期的視野に立つ大学機構改革には、学科間をまたがるQIS関連の教授に終身在職権を与えるとか、教授に限らず終身在職教官（tenure-track faculty）のポジション新設などが考えられる。他にも、学界が産業界や政府との関わりを深める意味で、学部学生の新しい教育プログラムの作成や、インターンシップ、エックスターンシップが重要になる。

6.量子産業界との連携
大企業やスタートアップ、小企業で、既にQISの量子センシング、ネットワーキング、コンピューティング、およびそれらを支える技術のR&Dに投資が始められている。その結果、現状では例えば次世代量子センサ、小規模の量子もつれネットワーク配信、50量子ビット規模の量子プロセッサなどが具体化している。

強固な量子エコシステムには、量子技術はもちろんだが、量子技術をサポートする諸技術も基盤として欠かせない。例えば冷却技術、フォトニクス、低雑音マイクロ波増幅器、ナノ製造ファブなどである。このため、連邦政府は関連企業や諸官庁を総合した産学官からなる米国量子コンソーシアムの構築を促進すべきである。以前のSemiconductor Research Corporationのように、技術交流や、産業動向の理解、ニーズとギャップの認識などを関係者間で共有するため、そのコンソーシアムがフォーラムを開催する。またそこでは競争以前の段階にある技術の研究開発を、公私のファンディングで行うことも可能である。そこに適切なアドバイザリー組織、例えば国家科学技術会議やその小委員会が関与してもよい。大統領科学技術顧問（The President’ Council of Advisors on Science and Technology）の機能も参考になるだろう。

そうすれば図1で示したように、競争以前の技術の実用化開発を産学官共同で加速できるし、ニーズに対するコンセンサスやR&Dの協力も可能になる。また産学官合同研究センタは、多様化する労働力育成にも貢献できる。また国立研究所からの技術移転の仲介や応用技術開発の調整も可能である。国の研究所から小企業へ技術の円滑な橋渡しもできるので、インキュベーション機能の拡大や新企業の支援も進む。有意義な共同研究環境を醸成するために、コンソーシアムが知的財産権管理にも関与すれば、開発された技術の実用化を支援することもできる。

図1　産官学によるQIS産業振興支援体制　出典：米国国家科学技術会議科学委員会、量子情報科学分科会、"量子情報科学の戦略全容"(参考資料7)の図に筆者が手を加えた

7.重要なインフラの準備
QIS産業界のR&D事業は、必要なインフラを自前で整えられるほど十分に大きくなっていない。量子技術を確実なものにするため、政府機関と産業界はインフラ準備を急ぐ必要がある。必要部品をそろえることから始めて、最先端の製造技術、そして性能チェック技術、応用技術に至るまで、プログラム達成のために米国政府は重要な役割を演じなければならない。それによりQIS研究と開発実用化の進展にも貢献できるし、この分野で米国のリーダシップを確保するのにも役立つだろう。

現時点でのインフラ面のニーズは、ハードウェア部品や、材料、製造工場、そしてエンドユーザのツール、プラットフォーム、テストベッドである。米国量子コンソーシアムは、産業界が将来のポスト量子時代の応用開発にも使えるようなインフラ投資をする支援もできる。時代と共に進展するニーズに適合していく努力も、常時進行型（on-going）で進めねばならない。

エンドユーザの諸官庁のポテンシャルを高めて、連邦政府内に量子技術採用の機運を醸成することも重要である。情報共有により連邦諸官庁の係官を有機的に結び付けて、QIS事業をテコ入れすれば、それは新市場開拓にもつながる。官庁間の成果や技術移転は、またそれぞれのミッション達成に貢献するからである。図2にその例を示した。

図2　連邦政府のインフラ投資が官庁間のミッション達成に貢献する例　出典：米国国家科学技術会議科学委員会、量子情報科学分科会、"量子情報科学の戦略全容"(参考資料7)の図に筆者が手を加えた

8.国家安全保障と経済成長の持続
科学技術の進歩は、時にリスクをもたらすこともあるが、成長とリスクのバランスをとれば長期的な利益につながる。例えば量子計算技術の進歩は創薬を促進するし、材料の汚染防止に役立つ化学反応モデルの発見や、物流における最適運搬経路を導くアルゴリズム開発などが、そのメリットの例であろう。一方、例えばインターネット決済において暗号鍵のセキュリティ確保も、リスク軽減への挑戦課題になろう。

軍用や防衛のために開発されたQIS技術でも、民生用市場に技術移転されて、新しい産業を生み出し、経済成長を牽引することができる。事実、国防とインテリジェンス部門は過去20年間以上もQISのR&Dへの強力な投資部門であった。もちろん諸規制を厳守しながらの推進が必要である。労働力の教育訓練にも、国防部門では別の制約もあろう。SCQISは他の諸官庁と連携しながら、QIS事業が進むよう、産業界や学界を調整して行く。

9.国際協力の促進
科学技術とイノベーションは米国の富と経済発展の源泉であると共に、国際面での国力向上にも繋がる。米国のリーダシップと競争力を維持するため、同じ志を持つパートナーや産業界と国際的な協力関係を深め、国際共同研究を促進する。米国政府はQIS産業振興のため次の3項目に努力を傾注する。即ち、1.国際協力の成果とパートナーシップの定期的なレビュー、2.米国の魅力の維持、そして3.透明な基礎研究とイノベーションのためのデータの開放と、更には国際標準の開発がその努力目標である。

米国のQIS産業振興政策に対して筆者の感想を述べてみたい。思うところが6カ所あるので、箇条書きで記述する。

＜筆者の所感＞

1.米国の官僚のQIS知見に関するレベルの高さ
前記1項記載のように10年先を見た政策とあったが、この政策文書にはQIS専門科学者が関与したのではないかと思うような、最先端の技術用語や知見が多数見られる。米国政府や諸官庁にはこのように量子技術に精通した官僚がそれぞれ配置されているのかと、米国官僚のQIS技術や専門知識レベルの高さに驚かされた。

2.幅広い分野のスタートアップ事業の中から、10年継続して資金を提供するに価するプロジェクトを選別する方法
前記4項のように革新的なソリューションには10年間の資金提供も行って育成するとのことであるが、誰がソリューションの革新性を判断するのだろうか。まだ萌芽期で、育つか否かも判らぬ多くのロジェクトの中から、該当事業を適切に選別する鑑識眼はどうやって磨くのだろう。どのような組織で当該プロジェクトを選別するのだろう。

3.教官に終身在職権を与える仕組み
前記5項に米国の教育システムの不備を指摘し、学界に改革を求めていることも敬服に値する。しかも必要に応じてテニュア（終身在職権）を付与するなど、教官の待遇にも踏み込んでいる。確かに10年後に役立つ基礎的な、あるいは基本となる論文は、一般には価値が認められるまでサイテーションも低いのが常である。サイテーション重視のテニュア選考委員会であれば、不利になる教官が出る可能性もある。新規なテーマに挑戦する、意欲ある研究者は、この政策に勇気づけられることだろう。

4.産官学コンソーシアムで競争以前段階（pre-competitive）技術の共同開発
前記6項のコンソーシアムでの競争以前技術を共同開発する策は、言うまでもなく日本オリジナルであり、垂井康夫先生によって「基礎的共通的技術」と称された（参考資料9）。当時、日本の超LSI共同研究所で先を越された米国や欧州から、アンフェアのブーイングが起こり、ジャパンバッシングに至ったことも筆者の年代層にはまだ鮮烈な記憶として残っている（参考資料10）。しかしその後はこの研究方式が米国のSEMATECH、欧州のIMECにも見られるように世界的に広く採用され、今やスタンダードになった。このQIS戦略でも図1のように取り入れられているのを見ると、隔世の感を禁じ得ない。

5.ポスト量子の世界も視野に入れている。先見の明の鍛錬方法を知りたい
前記7項のようにポスト量子産業時代まで見据えている。どのような部門でも共通であろうが、例えば研究者、あるいは研究所長にとって、何を研究テーマに選ぶかが重要である。この先見の明をどうやって身に着けるのだろう。2.の鑑識眼と共に重要で、興味がある。

6.PDCAが回る戦略になっており継続性も考慮されている
筆者は2010年頃、熊本県知的財産戦略の策定に参画したことがある。その折、先行する他県の戦略も調査したが、PDCA（Plan-Do-Check-Act）が回る戦略になっているところはほとんど見当たらなかった。戦略なのでそこまでは必要はなかったのだろうが、筆者はISO14001の主任審査員の経験もあったので、ぜひ戦略が単なる策定に止まらず、システムとして機能し実施されることを望み、PDCAの思想を戦略に織り込むよう提案した。

SCQISのこの戦略には随所に、定期的にレビューを行い、評価を重ねつつ実施することが明記されている。組織的に進めるには、プランのみでなく、着実な実行と共に、その後のレビューとアクションが欠かせない。戦略策定時にはぜひ考慮して頂きたいと願う。

以上、いろいろ思いは尽きないが、幸い米国では、2018年12月に量子イニシアティブ法が施行されてから2022年5月までの4年間に、実に8件の補足文書が発表されているので、それを順次読み解き、その後の戦術や進展を確認しようと考えている。

＜謝辞＞
今回もまたSemiconportal編集長津田建二氏にはご丁寧な査読を頂いた。有難く、心より厚く御礼申し上げたい。

参考資料
1. 例えば D. Zhang, et.al, "AI Index Report for 2021 (Fourth Edition)", (2021/03/03)
　（鴨志田元孝、「AIの統計が示す日本の課題」、セミコンポータル (2021/05/07)にて紹介）
2. 特許庁審査第四部審査調査室,「AI特許発明の出願状況調査報告書」、特許庁 (2021/08)
特許庁審査第四部審査調査室,「AI特許発明の出願状況調査/調査結果概要」、特許庁 (2021/08)
　（鴨志田元孝、「AI搭載デジタル化は成功実績を重ねて邁進あるのみ」、セミコンポータル (2021/09/24)にて紹介）
3. 例えば「AI、量子技術で国家戦略　首相「実行計画に明記」、日本経済新聞 (2022/03/08)
4. 島田 太郎、「未来を拓く、Quantum Transformation（QX）〜東芝の量子技術が目指す世界とは〜」、TOSHIBA OPEN SESSIONS:量子技術によるサステナブルな未来, 東芝デジタルソリューションズ (2021/08/19)
5. 村井信哉、「開発者が語る理論上破られない量子暗号通信」、東芝オンラインカンファレンス2021、TOSHIBA OPEN SESSIONS:量子技術によるサステナブルな未来, 東芝デジタルソリューションズ (2021/08/19)
6. US Government, "National Quantum Initiative Act"
7. "National Strategic Overview for Quantum Information Science", Subcommittee on Quantum Information Science, Committee on Science, National Science & Technology Council (2018/09)
8. "Early Career Award", Wikipedia.
9. 例えば 垂井康夫編著、 「半導体共同研究プロジェクト」、 武田計測先端知財団、工業調査会刊 (2008)
10. 例えばジャパンバッシングに対しては、欧州に進出した日本企業の反論例として、M. Kamoshida, "Integrating Manufacturing into the Marketplace", 1987 Dataquest European Semiconductor Industry Conference (Madrid), 基調講演 (1987/06)