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» 2020年07月06日 06時30分 公開

製造ITニュース:数年後に古典コンピュータを超える量子コンピュータ、IBMは事業化に舵を切る (1/2)

日本IBMが量子コンピュータに関する取り組みの最新状況について説明。IBMが1970年代から研究を続けてきた量子コンピュータの現在の開発状況や、日本での事業展開、今後の実用化に向けた取り組みなどについて紹介するとともに、「量子コンピュータの事業化が既に始まっている」ことなどを訴えた。

[朴尚洙,MONOist]

 日本IBMは2020年7月3日、オンラインで会見を開き、量子コンピュータに関する取り組みの最新状況について説明した。IBMが1970年代から研究を続けてきた量子コンピュータの現在の開発状況や、日本での事業展開、今後の実用化に向けた取り組みなどについて紹介するとともに、「量子コンピュータのビジネス化が既に始まっている」ことなどを訴えた。

日本IBMの森本典繁氏 日本IBMの森本典繁氏 出典:日本IBM

 IBMは1970年代に量子コンピュータの研究を開始した。そのころはまだ理論研究にすぎなかったが、2000年代に入って量子効果を制御する技術が実現されたことにより、量子コンピュータの開発に向けた取り組みを加速。2016年にはゲート型量子コンピュータの開発にこぎつけ、クラウドを通して世界中の研究者に向けて公開した。以降、毎年量子コンピュータの性能向上を実現しており、2020年1月には量子コンピュータの性能指標である量子ボリューム(Quantum Volume)で32を達成したシステムを発表している。

 日本IBM 執行役員 研究開発担当の森本典繁氏は「量子コンピュータの本格的な応用、利用の時代に向けてIBMも準備を進めている。基礎研究とともに、基礎研究によって得た技術を組み合わせたハードウェアやソフトウェア、システム、コンパイラ、プログラミング環境などの開発にも注力している。また、量子コンピュータという今まで人類が持っていなかった新しい道具を使いこなすための実用化に向けた取り組みも進めている。さらには、“量子ネイティブ”とも呼ぶべき若い技術者世代も育成している」と語る。

IBMの量子コンピューティングの事業体制 IBMの量子コンピューティングの事業体制(クリックで拡大) 出典:日本IBM

現代の膨大なデータ処理とムーアの法則にギャップ

 近年注目を集めている量子コンピュータだが「IBMにとっては必然的に出てきたものだ」(森本氏)という。その背景にあるのがコンピュータの計算処理能力に対するニーズの高まりだ。もともと、トランジスタベースの古典コンピュータは、ムーアの法則に従って18カ月で2倍の性能向上を実現していた。しかし、AI(人工知能)やIoT(モノのインターネット)をはじめ膨大なデータの処理が求められる現代は、12カ月で2倍の性能向上が必要になっている。森本氏は「IBMは10年前からこのギャップを懸念しており、その解決の最も有力な手段が量子コンピュータと考えていた」と説明する。

古典コンピューターと量子コンピュータの比較 古典コンピュータの18カ月で2倍の性能向上(左)では、12カ月で2倍の性能向上が求められる現代の膨大なデータの処理に対応できない(右)(クリックで拡大) 出典:日本IBM

 古典コンピュータと量子コンピュータは、計算処理の基本単位が大きく異なっている。古典コンピュータで用いられる古典ビットは同時に1つの状態を記述するが、量子コンピュータで用いられる量子ビットは同時に複数の状態を表現できる。古典ビットが「0 or 1」なのに対し、量子ビットは「0 and 1」なのだ。ただし、コンピュータの構造については、古典コンピュータと量子コンピュータはそれほど大きな差異はない。論理演算子、論理回路、アルゴリズム、オープンソースライブラリを活用することに変わりはなく、使用するプログラミング言語は同じだ。「もちろん、量子コンピュータの論理演算子の種類が古典コンピュータの約3倍あるなど中身は異なるが、構造と構成は同じだ」(森本氏)。

古典コンピュータと量子コンピュータの比較 古典コンピュータと量子コンピュータの比較。大きく異なるのは計算処理の基本単位である古典ビットと量子ビットだが、コンピュータの構造は大きくは変わらない(クリックで拡大) 出典:日本IBM

 量子コンピュータのハードウェアは、希釈冷凍機の中で15mKまで冷やされて超電導状態になっている量子ビットチップに対して、マイクロ波を使って量子ビットの状態を制御することで計算処理を行う。

量子コンピュータの内部 量子コンピュータの内部(クリックで拡大) 出典:日本IBM

 この量子コンピュータの性能指標としては、量子ビットの数であるqubitが用いられることが多い。森本氏は「確かに量子ビットは多いほどよいが、計算処理を妨げるエラー率は少ない必要がある。また、量子ビットをつなげてより複雑な計算処理を行うための連結量も重要だ。そこでIBMが用いているのが、これらを3つの要素を総合した量子ボリュームである」と述べる

量子コンピュータの性能指標となる量子ボリューム 量子コンピュータの性能指標となる量子ボリューム(クリックで拡大) 出典:日本IBM

 IBMはこの量子ボリュームに基づき、2017年から過去4年間、毎年性能を2倍向上している。2017年の「Tenerife」は量子ボリュームが4だったが、2018年の「Tokyo」は8、2019年の「Johannesburg」は16、そして2020年1月に発表した「Paris」は32を達成しているのだ。森本氏は「ここで重要なのは、今後も量子ボリュームを毎年倍増させていくという計画をIBMが外部に向けて発表したことだろう。現在のIBMの量子コンピュータを使って研究している人々にとって、何年後に現在のスーパーコンピュータに対してブレークスルーを起こし得るかが見えてくるからだ」と強調する。

 実際に、量子コンピュータが古典コンピュータを超えるブレークスルーは、一部の応用事例であれば数年後には起こり得るという。「数年後ということはそのときの量子ボリュームは512もしくは1024になっている。現時点で得られている成果から、毎年2倍の性能が向上するという前提で見積もれば、そのような見通しが得られるというわけだ」(森本氏)。

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