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NTT,NASAなどとともに研究開発[量子コンピュータの種類]

記事のポイント

  • NTT,NASAなどとともに研究開発
  • 量子コンピュータの研究
  • 量子コンピュータの種類
  • 実現には時間がかかる「量子ゲート型」

NTTNASAなどとともに量子コンピュータ開発を進めることを発表した。現在GoogleIBMの開発によって注目を集めている量子ゲート型の量子コンピュータではなく光ネットワーク型での開発となる。

 

NTT,NASAなどとともに研究開発

1114日、日本電信電話株式会社(NTT)はアメリカ航空宇宙局(NASA)やアメリカスタンフォード大学などと共同で光通信技術を応用した新しい方式の電子コンピュータの開発に参加することを発表した。

 

量子コンピュータの研究

Google10月に発表した電子超越性の実証実験結果から、電子コンピュータに関しては多くの注目が集まっているが、この電子コンピュータに関する研究は1980年代では実現難易度が高いことやこれを有効利用できる分野が存在しなかったことなどから積極的な研究は行われていなかった。しかし20115月、カナダのD-Wave社が「世界初の商用量子コンピュータ」を謳ったD-Wave Oneを発表したのを皮切りに、20135月にNASAGoogle等が共同で後継機D-Wave2を導入し、量子コンピューティングAI研究所を開始。20165月にはIBMが量子コンピュータをクラウド公開し、201711月には国立情報学研究所 (NII)NTT、東京大学が内閣府の革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)において量子ニューラルネットワーク(Quantum Neural Network QNN)をクラウドで公開。2019年にはIBMが商用量子コンピュータQ System Oneを公開と量子コンピュータ実現への動きが活性化しているのである。

こうした世界的な量子コンピュータ実現の動きに対して、日本でも基礎研究では先行。NECは約20年前にGoogleが公開した実証には成功していたが、商用に向けた動きに対しては後れを取った。今回のNTTNASAとの共同開発への動きはこの遅れを取り戻す一手だと期待されている。

 

量子コンピュータの種類

量子コンピュータは量子力学という物理法則を活用した次世代の計算機である。現在のコンピュータが「0」と「1」を活用し情報処理するのに対し、両市では「0であり1でもある・重ね合わせ(量子ビット)」状態を作り情報処理を行うため、従来のコンピュータよりも高速で計算処理が可能だとされている。しかしこの量子コンピュータには実現に懐疑的なものも含め以下複数の種類が存在する。

  • 量子ゲート 量子ビットを最小単位として演算していくものであり、古典コンピュータのように汎用的利用を目指して研究開発が進められている。これの実現のためにイオンや超電導電気回路等が研究されているが、実現するには量子状態を自在に操作すると同時に長時間その状態を保持することが求められている。IBMGoogleはこれの実用化を目指しているが、前述の条件から実用化には時間がかかるとされている。
  • 量子アニーリング型 統計物理学の理論を基盤とし西森教授らによって基本理論が考案され、D-Wave社によって商用化されている。量子ゲート同様に超電導で計算を行う仕組みとなっているが、量子ゲートのように汎用的利用ではなく「組み合わせ最適化(例:乗換案内)」に特化したものとなっている。
  • 量子ニュートラルネットワーク型(QNN) 光パラメトリック発振器(OPO)と呼ばれる新型レーザの量子力学的特性を用いて最適化問題を計算する。既存コンピュータで「組み合わせ問題」を計算することが可能という長所があるが、入力可能数が限定的という課題も持つ。富士通やNECなどが研究開発に取り組んでいる。
  • 光ネットワーク 量子や脳神経の動きを疑似化し組み合わせ問題を計算。QNN同様に組み合わせ問題が解け、入力できる変数が限定的という課題があるが、他のものに比べ低コスト。今回、NTTNASAなどと殿に開発を進める。

このように量子コンピュータには様々な種類がある。電子ゲート型はそれ以外3種と異なりデジタル型と呼ばれ、3種はアナログ型とされている。アナログ型では既存のコンピュータのように汎用利用できるわけでなく、得意分野が限定されている。一方で実現には時間がかかるとされている電子ゲート型は既存のコンピュータのような利用が可能という長所が存在。前述の通り研究・開発では、量子状態を自在に操り長時間保持し続けながら演算の高速化を握る量子ビット数を増やすことに注力され、5年前には5量子ビットにとどまっていた。しかしGoogle10月の実証実験の際、53個のビットを利用し規模を拡大。大規模な計算実現には1万から1億の量子ビットが必要とされ、技術共に技術者確保の重要性も訴えられている。

 

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