勝利のタイトル「量子コンピュータに匹敵」 この発表が「日本で」注目を集めた理由の1つには、Webメディアの記事タイトルに「量子コンピュータ」が入っていたことがあると推測する。筆者が調べた範囲では以下のようなタイトルが並んだ。 「日立、量子コンピュータに匹敵するCMOS半導体コンピュータを開発」

「日立製作所、D-Waveの量子コンピュータに対抗する新型コンピュータを試作」

「日立が量子コンピューター似の新型コンピューターを開発、「2～3年で実用化」へ」

「量子コンピュータ並み!? 「組み合わせ最適化問題」を瞬時に解く新型コンピュータ」

「「1兆の500乗」通りから瞬時に実用解を導く半導体コンピュータ、日立が開発 量子コンピュータに匹敵」

「日立、量子コンピュータに匹敵する性能の室温動作の新型コンピュータを試作」

「常温で動作可能--日立、量子コンピュータに匹敵の新型コンピュータ試作」 全てのタイトルに量子コンピュータが入っている。ニュースリリースのタイトル「約1兆の500乗通りの膨大なパターンから瞬時に実用に適した解を導く～室温動作可能な新型半導体コンピュータを試作」には量子コンピュータの文字が含まれていないにも関わらず、である。 上に挙げた6本の記事タイトルの中で3本には「量子コンピュータに匹敵」の文字がある。ニュースリリースの本文を読むと、冒頭に「約1兆の500乗通りの膨大なパターン(組み合わせ)から適した解を導く「組み合わせ最適化問題」を量子コンピュータに匹敵する性能で、瞬時に解く新型コンピュータを試作しました。」との記述がある。この記述が転記されたのだろう。 量子コンピュータが持つイメージ、すなわち「現在のノイマン型コンピュータには現実的な時間で解くことが不可能な問題を、量子コンピュータは解いてしまう」、「不可能を可能にする」というある種のワクワクするようなイメージが、大きな注目を集めた理由だと思う。上記の記事の中には、1,400前後と数多くのツイートが発信されたものが2本ある。タイトルの量子コンピュータはメディアと日立の両者にとって「勝利のタイトル」だったとも言える。

国際学会ISSCCで「新型半導体コンピュータ」を発表 この日立の研究成果の技術概要は、米国カリフォルニア州サンフランシスコで2月23日～25日(現地時間)に開催された最先端半導体チップの国際学会「ISSCC 2015」で、25日に講演発表された(講演番号24.3)。講演のタイトルは「An 1800-Times-Higher Power-Efficient 20k-spin Ising Chip for Combinational Optimization Problem with CMOS Annealing(エネルギー効率が1,800倍高い、CMOSアニーリグを駆使した組み合わせ最適化問題向けの20kスピン・イジング・チップ)」である。日本での騒ぎが別の世界の出来事であるかのように、講演会場は平静そのものだった。以下の図面は全て、ISSCCで公表された講演スライドである。 講演では始めに、組み合わせ最適化問題の事例(交通渋滞や流通問題など)を示した。続いて組み合わせ最適化問題の事例の1つである巡回セールスマン問題を取り上げた。巡回経路を全て計算で求めて最も短い経路(最適解)を探索する手法では、巡回するポイントの数「n」が増加すると計算回数がべき乗で増加するために計算時間が膨大なものとなると述べていた。そして2のn乗通りの解が存在する場合に最適解を求めるには、近似的手法が使われているとした。 ここから、従来のコンピュータでは困難な問題に対処するためには、別のモデルによる解法が必要と説明し、解法の例としてニューロンモデルとイジングモデルを取り上げた。ニューロンモデルは最適化問題ではなく、認識処理を高速化する手法と位置付け、2014年8月に発表された「ブレインチップ」を挙げていた。 イジングモデルでは、超伝導回路による提案が2011年になされたことを示した。これはカナダD-Wave Systemsの商用量子コンピュータ「D-Wave One」を指すとみられる。併せて今回発表する研究成果が、半導体によるイジングモデルの具体化であると述べていた。

イジングモデルを半導体回路でエミュレート 続いてイジングモデルの概要を説明した。磁気スピンを格子点とする2次元のイジングモデルを講演スライドで示した。スピンの状態によってモデルの系(システム)のエネルギー状態が変わる。n個のスピンがあると、2のn乗通りのエネルギー状態があるとしていた。 ここからようやく、講演は本論に入った。イジングモデルを半導体回路で実現する。講演では「CMOS回路で実現する」と述べていた。先の講演スライドでは半導体と言っておきながら、ここでは半導体回路ではなく、わざわざCMOS回路と述べたのは、意味がある。意味が分かるのは講演がさらに先に進んでからだ。 イジングモデルの実装には、SRAM技術を採用した。SRAMのメモリセルはスピンと同様に2つの値を取る。そこでスピンが備える磁気モーメントの上下(プラス1とマイナス1)をメモリセルの論理値(1と0)に対応させた、と説明した。スピンの値だけでなく、隣接スピン間の相互作用を示す係数もメモリセルに格納した。相互作用を示す係数の格納には、2bitを使う。試作した半導体回路では格子点当たりに5個の係数があるので、合計では10bitを割り当てる。 隣接するスピンの値と相互作用から、対象スピンの新たな値を求める計算は、半導体ロジック回路が担う。ロジック回路は、相互作用の係数や隣接する格子点の値などを入力とする、多数決論理回路である。対象の格子点(スピン)に対して多数決論理を実行すると、格子点の新しい値が決まる。当然ながら、全ての格子点(スピン)に対して同時に論理演算を実行することはできない。そこで計算サイクルを8回に分割し、8分の1の格子点に対して多数決論理回路を動かすことにしている。