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世界の危機を救うテクノロジー待望

2020.03.16
世界の危機を救うテクノロジー待望
Gerd AltmannによるPixabayからの画像 

  <3/13日本経済新聞より>

量子計算、疑似的実行 技術次々

次世代の高速計算機である量子コンピューターの計算を「疑似的」に実行する技術が続々と登場している。答えが見つけにくい「組み合わせ最適化問題」という難問を効率よく解けるのが特徴で、幅広い応用が期待されている。投資会社が富士通の技術を採用するなど、導入が広がりつつある。日本企業は特に積極的に開発に取り組んでおり、世界で勝てる技術に育てられるかが課題だ。


最適な 組み合わせ 素早く
応用に期待、日本企業挑む

量子コンピューターは複雑な問題を高速に解く計算機として期待されている。2019年に米グーグルがスーパーコンピューターを上回る計算性能を証明し、世界的な話題になった。産業や社会に大きなインパクトを与える可能性を秘めるが、まだ解ける問題は限られ、本格導入までには20年かかるともいわれる。

グーグルなどが開発するのは「量子ゲート」という方式、柔軟に回路を設定して多様な計算ができる万能型だ。量子コンピューターにもう一つ「量子アニーリング」と呼ぶ方式がある。11年にカナダのDウエーブ・システムズが実用化し、NECなども開発を進める。この方式は組み合わせ最適化問題を対象にした特化型だ。

最短経路を探索

組み合わせ最適化問題は、多数の組み合わせの中から最適な選択肢を求めるというものだ。応用範囲は広く、最短経路の探索を物流に応用すれば配送時間の短縮や配送車の数の削減につながる。都市を走る無数の車のルートを分散して最適化し、渋滞を緩和するといったことも可能だ。工場の生産工程、新薬の候補物質となる分子の構造、株取引の銘柄構成なども組み合わせの問題に置き換えられる。

従来の計算機では、組み合わせの数が増えると計算に膨大な時間がかかる。具体例として有名なのが、セールスマンが複数の目的地を回る際の最短経路を求める「巡回セールスマン問題」だ。目的地が5カ所なら経路は12通りだが10カ所だと約18万通り、20カ所では約6京(京は1兆の1万倍)通りになる。さらに増えるとスパコンでも計算に何万年、何億年とかかる。

計算手法(アルゴリズム)の工夫で短時間で答えを探そうという試みはあったが、適用範囲は限られた。そこにDウエーブの量子コンピューターが登場し、突破口を開くと期待を集めた。ただこうした量子コンピューターは作るのが難しい。物質を極低温まで冷やす超電導など高度な技術が必要だ。すぐにいろいろな問題に適用するのは困難だ。

そこで出てきたのが量子コンピューターの計算を疑似的にこなす手法だ。Dウエーブなどの手法を参考に、デジタル回路を使う従来のコンピューターで組み合わせ最適化問題を素早く解くアイデアだ。

投資銘柄を選定

富士通は専用チップを開発。「デジタルアニーラ」の名称で18年にいち早く事業化した。グループ会社で従業員が倉庫内の部品を集めるルートを効率化し、移動距離を最大45%縮めるといった成果をあげた。20年2月にはメルコホールディングス傘下の投資会社が資産運用の業務で、膨大な株式の組み合わせから最適な銘柄を選ぶ際に活用を始めたと発表した。

東芝の「シミュレーテッド分岐アルゴリズム」という独自の計算法も注目を集める。回路を自由に書き換えられる「FPGA」と呼ぶ市販のチップなどで計算できるのが特徴だ。試作機では、8種の通貨の為替取引の組み合わせから利益が最大になる機会を9割強の確率で見つけ、30マイクロ(マイクロは100万分の1)秒で注文する性能を実証した。19年10月に発表すると、国内外の10を超す金融機関などから問い合わせが来たという。

デジタル回路とは異なる方法で挑むのがNTTだ。長さ1キロメートルの光ファイバー内に、特殊な機器から短く区切った光を多数送り込む。これらが光ファイバー内を循環するときに起こす相互作用を利用して答えを導く仕組みだ。「コヒーレント・イジングマシン」と呼ぶ技術で、19年に米スタンフォード大学や米航空宇宙局(NASA)などと共同研究をすると発表した。

政府が1月に決定した「量子技術イノベーション戦略」では、量子コンピューターから着想を得たこれらの新技術を「量子インスパイアード技術」と位置づけ、開発を推進する方針を明記した。海外と比べても現時点で日本の取り組みは先行している。どこまで世界に広げられるかが勝負だ。

<キーワード>量子アニーリング

組み合わせ最適化問題に特化した量子コンピューター。従来のコンピューターが「0」か「1」のビットで情報を表すデジタル回路で計算するのに対し、「0であり、かつ1でもある」という特殊な重ね合わせ状態の「量子ビット」をつくり、高速に問題を解く。

アニーリングは「焼きなまし」という意味で、金属を熱してからゆっくりと冷やすと構造が安定する現象を指す。量子アニーリングはこれにならい、量子ビットの重ね合わせ状態が弱まるにつれ、自然に最適な答えを見つけることができる。疑似的な計算技術が相次いで登場する大きなきっかけになった。

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