光・量子を活用したSociety 5.0実現化技術
光・量子技術で未来を創造する

日本が強みを持つ
光・量子技術の国際競争力のさらなる向上へ

Society 5.0実現には、サイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させるサイバーフィジカルシステム(CPS)の構築が鍵となっている。すでに、IoT/AIからスマート製造へと投資が開発されているが、未だに社会・産業界共通の投資を阻むボトルネックが存在している。そこで、我が国が強みを有する光・量子技術を活用し、これらのボトルネックを解消可能な加工、情報処理、通信の重要技術を厳選・開発し、「レーザー加工市場シェア奪還のための日本発コア技術等の製品化」「ものづくり設計・生産工程の最適化」「高秘匿クラウドサービスの開始」等を達成し、Society 5.0実現を加速度的に進展させる。

PROGRAM DIRECTOR

西田直人

株式会社東芝
特別嘱託

PROFILE: 1978年慶應義塾大学大学院工学研究科電気工学専攻修士課程修了。同年、株式会社東芝入社生産技術研究所配属。同社、生産技術センター所長、生産企画部部長、技術企画室室長、執行役常務、執行役上席常務、取締役、執行役専務等を歴任。現在、同社特別嘱託。工学博士。

研究開発テーマ

1レーザー加工

サイバー（シミュレータ）とフィジカル（レーザー加工）の高度な融合によるスマート製造の実現（特定用途のCPS型レーザー加工機システムの開発）

日本が有するコア技術「空間光制御技術」の開発によるスマート製造の実現（高耐光・高精度空間光制度技術の開発）

日本発フォトニック結晶レーザの高輝度化の実現

2光・量子通信: 量子暗号、秘密分散、秘匿計算の統合により、解読技術の進展によるセキュリティの危殆化の懸念がないクラウドサービスについて、世界に先駆けた開発を行い、電子カルテやゲノム解析情報、スマート製造情報などを用い、実証（量子セキュアクラウド技術の開発）

3光電子情報処理: スマート製造の実現に必要な、量子コンピュータ等の計算資源を高速に自動で最適活用することを可能とする次世代アクセラレータ基盤の開発・実装

5年間の成果

CPS 型レーザー加工機システムを構築

製造業での生産性の要となるCPS型レーザー加工機システムを構築した。「マイスターデータジェネレーター」システムは、高品質ビッグデータを全自動・自律的に取得し、AI判断を行うことで、レーザー加工条件の初期選定のリードタイムを9割削減することに成功した。さらにこれをスマート化した現場のレーザー加工機と接続することで、次世代半導体製造後工程で必要とされる高速微細加工のデモを、TACMIコンソーシアムの枠組みでパートナー企業とともに短期間で実現した。

高耐光性 SLM(空間光制御デバイス)を開発・製品化

高出力加工用レーザーと組み合わせが可能な高耐光性SLMを開発し製品化した。また従来比4倍以上の大面積化(有効ビーム面積約10倍)と多点強度均一化等のデジタルフィードバック制御による安定かつ高精度なレーザー加工を実現した。国内では東京大学、宇都宮、浜松の各拠点で高耐光性SLMを搭載したレーザー加工機を用いて、ユーザー企業とPOCを展開し、海外でも独フラウンホーファー研究機構にSLM応用ラボを開設して海外ユーザー開拓も開始した。

高輝度・スマートフォトニック結晶レーザーの開発を推進

スマートモビリティやスマート加工に革新をもたらす、高輝度・スマートフォトニック結晶レーザーの開発を推進した。従来の半導体レーザーの15倍以上の輝度1.5GWcm-2sr-1を実現し、超小型・高分解能のLiDARシステムの構築や、自動搬送ロボットへの搭載によるモビリティ応用の実証に成功した。さらに、高輝度連続動作により、コンパクトな光源を用いた金属表面加工の実現や、電気的なビーム走査や機械学習(AI)との融合によるビーム制御などのスマート化にも成功した。

量子暗号装置の事業化を実現

量子暗号装置(BB84方式)の開発では、期中に従来比1/2の小型・低コスト化と参画機関による事業化も実現し、最終年度を待たず目標を達成した。また、量子セキュアクラウドでは様々な POC を進めた。ゲノム研究分野では、ユーザー環境にて80GBのゲノムデータの高速秘密分散保管・復元を実現した。さらに全ゲノムデータの解析システムを情報理論的に安全な秘匿計算システムにより構築し、その実用性検証に成功した。国際標準化活動では、5年間で170編以上の寄書を提出し日本の技術を骨子とする基本勧告体系の整備と、量子暗号技術の標準化に貢献した。

次世代アクセラレータを活用した作業者配置最適化エンジンの実用化

イジングマシン、NISQデバイス等の量子技術を活用した様々な次世代アクセラレータをアプリケーションに応じて適材適所で活用する計算プラットフォームを開発した。通信事業者と連携した周波数割当エンジンや、物流倉庫の実作業に対応する作業者配置最適化エンジンを開発し、一部を実用化した。加えて、量子化学計算のためのライブラリ開発やフォトニック結晶レーザーの構造最適化に成功した。