シャープとQunaSys、量子計算で全固体電池の材料探しを加速

分析・見解

材料探索の「試作の山」を計算で減らす狙い

全固体電池は、液体の電解質（＝電気を運ぶ液）を固体に置き換えた電池である。燃えにくく、高い安全性とエネルギー密度が期待されている。ただし実用化の壁は、固体の中でリチウムイオンをいかにスムーズに動かすかにある。

候補となる材料は組成の組み合わせだけで膨大な数になる。一つずつ合成して測る方法では、年単位の時間と費用がかかる。そこで、実験の前に計算で当たりを付けたいという発想が強まっている。今回の取り組みは、その「当たり付け」の精度を量子計算で一段上げようとするものだ。

従来の計算では苦しい部分を量子が担う

電子の振る舞いを扱う第一原理計算（＝物理法則から材料の性質を求める計算）は、すでに材料開発で広く使われている。しかし、電子同士が強く影響し合う場面では、近似に頼らざるを得ない。原子の数が増えるほど計算量は急増し、スーパーコンピューターでも限界が見えてくる。

量子コンピューターは、まさにこの電子の振る舞いを自然な形で表現できると期待される。ただし現在の機械は誤りが多く、規模も小さい。そのため、全体を量子で解くのではなく、難所だけを量子に任せ、残りを従来型で処理するハイブリッド方式が現実的な道となる。今回の事業もこの方式を採る。

第2期で問われる原子数と精度の両立

第1期では比較的小さな系での実証が中心だったと考えられる。第2期の焦点は、より多くの原子を含む複雑な材料に広げられるかどうかだ。実際の固体電解質は、結晶の欠陥や複数の元素が混ざり合っており、単純な模型では性質を再現しにくい。

現在の量子機は使える量子ビット数に限りがあるため、計算に必要な部分をどう切り出すかが腕の見せどころになる。QunaSysはまさにこの切り出しと誤りへの対処を得意とするソフトウエア企業である。量子機の性能向上を待つだけでなく、ソフトの工夫で実用域を前倒しできるかが勝負になる。

実用化の時間軸と見落とされがちな視点

注目すべきは、この成果が出るまでに量子機が万能になる必要はない点だ。たとえ計算結果が全体の数割の候補を除外するだけでも、実験の回数は大きく減る。つまり量子の価値は、正解を出すことより「無駄な試作を減らすこと」にある。

一方で、電池の実用化は材料の性能だけでは決まらない。量産のしやすさ、界面の抵抗、コストが最終的な採用を左右する。計算で見つかった有望材料が、工場で作れるとは限らない。計算と実験、そして製造の三者をどれだけ早く往復できるかが、この領域での競争力を決めるだろう。