スーパーコンピューターをしのぐ量子コンピュータ 日本は開発競争に勝てるか

　スーパーコンピュータの世界一競争で、「富岳」が健闘していますが、スーパーコンピューターをしのぐ計算能力を持つようになると期待される量子コンピューター。初の国産機が誕生してますます注目されるが、まだまだ技術的な課題が多く、実用的なマシンの実現がいつになるかは見通せない状況。
　その展望について、産経・松田記者の記事があります。

　スーパーコンピュータ「富岳」の世界ランキング結果について : 富士通

　

【びっくりサイエンス】量子コンピューター　米中を凌駕する日本発の成果　新たな競争勃発か - 産経ニュース 2023/4/1 松田 麻希

　スーパーコンピューターをしのぐ計算能力を持つようになると期待される量子コンピューター。初の国産機が誕生してますます注目されるが、まだまだ技術的な課題が多く、実用的なマシンの実現がいつになるかは見通せない状況だ。２０～３０年後ともいわれる夢の計算機の完成に向けて、さまざまなロードマップが描かれているが、これを大幅に書き換える可能性を秘めた成果を大阪大と富士通が発表した。本格的な量子コンピューター時代の到来を早め、新たな開発競争の場を生むとみられる画期的なアイデアに迫った。

■完璧なマシンには程遠く
　量子コンピューターの実用化を阻む最大の課題は、原理的に生じてしまう計算エラーだ。

　量子コンピューターは、「重ね合わせ」や「もつれ」と呼ばれる不思議な量子力学の現象を使うことで膨大な計算能力を持つ。計算の基本素子である「量子ビット」は不安定で、熱や振動など外部からの影響で状態が乱れ、計算の過程でエラーが起きてしまう。

　エラーが起こる割合を抑制したり、エラーを訂正したりする技術が盛んに研究されている。これが完成しなければ量子コンピューターは真価を発揮できない。高い確率で誤った答えをはじき出すマシンを、コンピューターとは呼べないからだ。

　正しい答えを得るためには、計算に使う量子ビットとは別に、エラーを訂正するために膨大な数の量子ビットを使う。そのため、実用的な計算をするには、最低でも１００万以上、１億の量子ビットを集積する必要があるともいわれる。

　今回、阪大と富士通の研究チームが発表した成果は、もっと少ない量子ビットでも実用的な計算を可能にする道筋を示すものだ。

■ギャップを埋める領域の研究
　　現存する量子コンピューターはだいたいは数十ビット級で、国産初号機も６４ビット。米ＩＢＭが昨年１１月に発表したものでも４３３ビットで、エラーを訂正することができる「誤り耐性量子コンピューター」には程遠い。

　大型予算を投じて革新的な研究を進める内閣府の「ムーンショット計画」では、２０５０年までに誤り耐性量子コンピューターの実現を目指している。ＩＢＭは、２３年中に１０００量子ビットを超え、２６年以降に１万～１０万量子ビットを目指すロードマップを示している。米グーグルは、２９年に１００万量子ビットの達成を目標に掲げる。

　しかし、本当にエラー耐性のあるマシンができるのか、それがいつなのかは誰にも分からない。そこで、こうした量子コンピューターの実現を待たずに、エラーがあっても何かの計算に使えないか、従来型コンピューターでは不可能な計算ができないか、模索する動きが広がった。エラー（ノイズ）がある中規模の量子コンピューターを意味する「ＮＩＳＱ（ニスク）」を活用しようというアプローチで、ここ数年、企業なども盛んに取り組んでいる。

　ただ、完璧な量子コンピューターとＮＩＳＱの間には、量子ビット数で４桁もの差がある。最近になって、このギャップを埋める領域の研究が必要ではないかと研究者の間で考えられ始めた。関連学会でもこの領域をテーマにした発表が増えてきているという。

■従来コンピューターの１０万倍
　量子コンピューターがさまざまな計算を実行するには４つの基本の計算操作がある。どの操作についてもエラーへの対処が必要だが、特に「論理Ｔゲート」と呼ばれる操作のエラーに対応するのに大量の量子ビットが必要とされている。

　阪大の藤井啓祐教授と富士通の研究チームは、Ｔゲートを代替する操作を開発。エラー訂正に必要な量子ビット数を大幅に低減させることに成功した。

　この手法を使えば、１万量子ビットに到達できれば、最高性能の従来型コンピューターの約１０万倍に相当する性能の量子コンピューターを実現できるという。

　これまで、１００万量子ビット超の将来的な夢のマシンと、１００量子ビット級のＮＩＳＱという２極をターゲットに開発競争が繰り広げられてきたが、今回の成果を受けて、新たに１万量子ビット級の重要性が示された。本格的な量子コンピューター時代の到来を飛躍的に早めると期待され、この領域での競争が激化する可能性もある。

■「近い未来に到達できそうな土俵で新たな提案」
　藤井教授は「１００万量子ビットの量子コンピューターを作る方法は世界中の誰も分かっていない」と指摘した上で、国際的な量子コンピューターの開発競争で日本が勝機を見いだすには「ＮＩＳＱから１００万量子ビットにつながる道筋を自分たちで示していかなければならない。１万量子ビットという近い未来に到達できそうな土俵で新しい提案ができた。ここに世界中のプレーヤー（競合）を取り込んでいくのがポイントだ」と話した。

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【プロフィル】松田麻希
　平成２０年入社。東京本社で経済本部、文化部などを経て３０年から科学部。現在の主な担当はＩＴ分野だが、脳科学や宇宙探査なども取材する。

　量子コンピューターは、「重ね合わせ」や「もつれ」と呼ばれる不思議な量子力学の現象を使うことで膨大な計算能力を持つ。計算の基本素子である「量子ビット」は不安定で、熱や振動など外部からの影響で状態が乱れ、計算の過程でエラーが起きてしまうのだそうです。
　
　正しい答えを得るためには、計算に使う量子ビットとは別に、エラーを訂正するために膨大な数の量子ビットを使う。そのため、実用的な計算をするには、最低でも１００万以上、１億の量子ビットを集積する必要があるともいわれる。

　今回、阪大と富士通の研究チームが発表した成果は、もっと少ない量子ビットでも実用的な計算を可能にする道筋を示すものだと、松田記者。

　大型予算を投じて革新的な研究を進める内閣府の「ムーンショット計画」では、2050年までに誤り耐性量子コンピューターの実現を目指している。IBMは、23年中に1000量子ビットを超え、26年以降に 1万～10万量子ビットを目指すロードマップを示している。米グーグルは、29年に100万量子ビットの達成を目標に掲げるのだと。

　しかし、本当にエラー耐性のあるマシンができるのか、それがいつなのかは誰にも分からない。
　そこで、こうした量子コンピューターの実現を待たずに、エラーがあっても何かの計算に使えないか、従来型コンピューターでは不可能な計算ができないか、模索する動きが広がった。
　エラー（ノイズ）がある中規模の量子コンピューターを意味する「NISQ（ニスク）」を活用しようというアプローチで、ここ数年、企業なども盛んに取り組んでいると、松田記者。

　完璧な量子コンピューターとNISQの間には、量子ビット数で 4桁もの差がある。最近になって、このギャップを埋める領域の研究が必要ではないかと研究者の間で考えられ始めた。関連学会でもこの領域をテーマにした発表が増えてきているのだそうです。

　量子コンピューターがさまざまな計算を実行するには 4つの基本の計算操作があり、特に「論理Ｔゲート」と呼ばれる操作のエラーに対応するのに大量の量子ビットが必要とされているのだそうです。
　阪大の藤井啓祐教授と富士通の研究チームは、Ｔゲートを代替する操作を開発。エラー訂正に必要な量子ビット数を大幅に低減させることに成功。
　この手法を使えば、1万量子ビットに到達できれば、最高性能の従来型コンピューターの約10万倍に相当する性能の量子コンピューターを実現できるのだそうです。
　本格的な量子コンピューター時代の到来を飛躍的に早めると期待され、この領域での競争が激化する可能性もあると松田記者。

　
　藤井教授は「100万量子ビットの量子コンピューターを作る方法は世界中の誰も分かっていない」と指摘した上で、国際的な量子コンピューターの開発競争で日本が勝機を見いだすには「NISQから100万量子ビットにつながる道筋を自分たちで示していかなければならない。
　1万量子ビットという近い未来に到達できそうな土俵で新しい提案ができた。ここに世界中のプレーヤー（競合）を取り込んでいくのがポイントだ」と。

　スーパーコンピュータでは「富岳」でトップレベルの地位を保っている日本。次の量子コンピューターの時代でもトップレベルの力を期待したい。


　# 冒頭の画像は、「夢のコンピュータ」図



　　この花の名前は、福寿草


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