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  • 2019/11/18

量子イジング型コンピューター開発動向を解説、日立やNTT、富士通、東芝と世界の差

「量子コンピューター」の中でも、「量子アニーリング」方式のコンピューターは、商用ハードウェアも登場しており実績を積み重ねつつある。しかし早稲田大学理工学術院の戸川望教授は、これから量子アニーリングコンピュータが普及していくには、ソフトウェアの開発も欠かせないと訴える。量子アニーリングコンピュータに普及にはどのようなソフトウェアが必要なのか。経済産業省政策シンポジウム「次世代コンピューターが実現する革新的ビジネス」の中から量子アニーリングコンピューターの開発に取り組む各社の動向を紹介する。

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早稲田大学理工学術院の戸川 望教授


量子アニーリングコンピューターとユーザーを隔てる「ギャップ」

 いくつかの企業で、実際の運用が始まっている「量子アニーリングコンピューター」だが、導入すれば、誰でも使えるものなのだろうか。

 早稲田大学理工学術院の戸川 望教授は「現状、物理学を使って問題を解く量子アニーリングマシンを使うには、情報科学(IT)の言葉で書かれた問題を、物理の言葉で書き直す必要があり、一般ユーザーが使うには『ギャップ』がある」と語る。

 量子アニーリングは「イジングモデル(量子アニーリングをつかうための物理学のモデル)」と0と1の重ね合わせ状態を取れる「量子ビット(量子コンピューターの情報単位)」を利用して問題を解く方式である。イジングモデルの形を模して量子ビットを並べたプロセッサで、量子力学を働かせて問題を解く方式とも言える。

 つまり、量子アニーリングコンピューターで解きたい問題があるときは、その問題を「イジングモデル」の形で書き直す必要があるのだ。従来のコンピューターに習熟した人は情報科学には慣れているが、物理学、しかも量子力学となると、どのようなものか見当も付かないという人が多いだろう。

 戸川教授が指摘する量子アニーリングマシンとユーザーを隔てる「ギャップ」とは、「問題をイジングモデルの形で表現するための、物理学の知識」である。

ギャップを埋める「共通ソフトウェア基盤」を構築へ

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 戸川教授は2018年度からNEDO事業の一環として、このギャップを埋めるために「共通ソフトウェア基盤」の構築を進めているという。この事業には早稲田大学のほか、東京工業大学の西森教授のグループ、NII(情報・システム研究機構 国立情報学研究所)、フィックスターズ、豊田通商、国立研究開発法人産業技術総合研究所(産総研)が参加している。
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量子アニーリング向け「共通ソフトウェア基盤」の構築

早稲田大学、東京工業大学、NII(情報・システム研究機構 国立情報学研究所)、フィックスターズ、豊田通商、国立研究開発法人産業技術総合研究所(産総研)各団体の連携と構想
(出典:早稲田大学 報道発表)
 この共通ソフトウェア基盤では主に2つのことを目指しているという。

 1つ目は、現実の問題を表現するに当たって理想的なイジングモデルを構築すること。2つ目は、理想的なイジングモデルを、量子アニーリングマシンが実際に採用しているイジングモデルを変換するソフトウェアを開発することだ。

 つまり、ここで言う「理想的なイジングモデル」を、量子アニーリングコンピューターのハードウェアを抽象化した、共通プログラミング言語のような位置付けとし、そのモデルからハードウェアの実装によってそれぞれ異なるイジングモデルに変換するコンパイラ(人が理解可能な言語で書かれるプログラムをコンピューター向けの“機械語”に訳するプログラム)のようなソフトウェアを開発するということだ。

 加えて、ハードウェアのイジングモデルから、「理想的なイジングモデル」に変換するソフトウェアも開発することで、処理結果を人間が簡単に読み取れるようにすることも狙っている。

 こうして、現実に存在する問題と、量子アニーリングコンピューターのハードウェアに間にある大きなギャップを埋めようということだ。

 さらに、共通ソフトウェア基盤の構築と並行して、各種量子アニーリングマシンで、実際にどのような問題を解けるのか、つまり量子アニーリングコンピューターの有効な用途を探索する活動も続けているという。

 そのために、量子アニーリングコンピューターを先行導入して評価を続けている企業と、各種量子アニーリングコンピューターのメーカーの間を橋渡しして、さまざまな問題を、各社の量子アニーリングコンピューターで解けるように支援するとしている。

【次ページ】ハードウェアの開発は「戦国時代」に

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