［東京 ３１日 ロイター］ - 次世代コンピューターの開発競争が過熱している。米ＩＢＭIBM.Nなどが本命とされる量子コンピューターの開発競争でリードする一方、ＮＴＴ9432.Tなど日本勢は「組み合わせ最適化問題」の解決に特化したコンピューターで一足先の実用化を目指している。

８月３１日、次世代コンピューターの開発競争が過熱している。米ＩＢＭなどが本命とされる量子コンピューターの開発競争でリードする一方、ＮＴＴなど日本勢は「組み合わせ最適化問題」の解決に特化したコンピューターで一足先の実用化を目指している。写真はキーボード、２０１３年２月撮影（２０１７年 ロイター／Kacper Pempel）

だが、将来の産業社会で主導権を握るには「本命」の開発は避けて通れない。危機感を持つ文部科学省は来年度予算の概算要求に光・量子技術の推進費として３２億円を盛り込んだが、欧米に比べ１ケタ少なく、研究者の間からは予算の格差を危惧する声も聞かれる。

＜限界打破の決め手＞

「半導体の集積密度は、１８カ月で２倍になる」というコンピューターの性能向上を支えてきたムーアの法則。だが、半導体の微細化は限界に近づき、最近ではその終えんもささやかれるようになってきた。

この状況を打破する決め手として注目されているのが、量子コンピューターだ。

従来のコンピューターでは、０か１のいずれかの値をとるが、量子コンピューターは０でもあり、１でもあるという量子力学の「重ね合わせ」という概念を利用するため、複数の計算を同時にできるのが特徴だ。

基本単位は「量子ビット」と呼ばれ、量子ビットの数をｎとすると、最大で「２のｎ乗」通りの計算を同時に行える。

量子コンピューターは、大きく２種類に分類できる。１つは「量子ゲート方式」と呼ばれるデジタル型の量子コンピューターで、もう１つが「量子アニーリングマシン」に代表されるアナログ型の量子コンピューターだ。

ＩＢＭなどは、量子ゲート方式を開発中。汎用性があるため、量子コンピューターの本命と言われているが、現在、量子ビットは十数個にとどまっており、実用化にはなお相当の時間がかかりそうだ。

ただ、仮に実用化されれば、通信暗号を短時間で読解できるようになるため、現在のセキュリティシステムの前提が覆る可能性がある。

＜ＮＴＴは機能特化で勝負＞

一方、量子アニーリングマシンは、イジングモデルという相互作用している多数の磁石（スピン）が自然に安定した組み合わせになる現象を利用して計算する。

量子ゲート方式とは違い、用途は組み合わせ最適化問題に限られるが、カナダのディーウェーブ・システムズが２０１１年に世界初の商用量子コンピューターとして売り出して注目を集めた。

組み合わせ最適化問題とは、膨大な数の選択肢の中から一番良い選択肢を見つけ出す問題で、「巡回セールスマン問題」が有名だ。

セールスマンが各都市をまわる最短経路を探すという単純な問題だが、これがそう簡単には解けない。都市数が５のときは経路は１２通りしかないが、１０になると１８万１４４０通り、２０になると６京０８２２兆通りとなる。

６０都市ではなんと１０の８０乗通りと、観測可能な宇宙にある全原子数と同じ数まで増加する。

従来のコンピューターでは、組み合わせの数だけ計算をしなければならず、一定以上のデータ量になると計算時間が爆発的に増え、解くのは事実上不可能となる。

これに対し、多くの組み合わせ最適化問題はイジングモデルに変換できるため、この原理を用いたマシンは短時間に問題を解くことができる。

ＮＴＴが開発している「コヒーレントイジングマシン」もイジングモデルに基づいて計算しており、量子アニーリングと同じグループに属する。

「２０１８年度の終わりごろには、１０万スピンのマシンが動いているはずだ」──。ＮＴＴ物性科学基礎研究所量子光制御研究グループの武居弘樹上席特別研究員はこう話し、現行モデルの５０倍のスピン数を持つ次世代コンピューターの開発に自信を示した。

スピンは量子ビットに相当し、増えれば増えるほど、より大規模な問題を扱えるようになる。

組み合わせ最適化問題は、交通網や電力送電網の最適化、周波チャネルの効率的な割り当て、投資ポートフォリオの最適化、創薬など、幅広い分野への応用が期待されている。

＜動き出した文科省＞

文科省は概算要求で光・量子技術の推進に３２億円を計上した。予算をつけるのは現在、日本の民間企業が取り組んでいる次世代コンピューターではなく、本命とされる汎用量子コンピューターにつながる技術だ。

文部科学省の担当者は「今後５─１０年では、ゲート方式につながる技術として量子シミュレーターの開発を後押ししていく。量子アニーリングは技術開発がだいぶ進んでおり、基礎研究を支援する段階ではない」と話す。

超伝導量子ビットや量子アニーリングなど、量子コンピューターの要素技術は日本の研究者から生まれたにもかかわらず、量子ビットの集積化では欧米に後れをとっている日本。

文科省担当者は「世界的に量子コンピューターへの投資が拡大しており、いま投資しないとせっかく優位性があるのに置いていかれてしまう」と危機感を示したが、米国では国防省などが毎年２億ドル（約２２０億円）をつぎ込んでいるほか、欧州連合（ＥＵ）も２０１９年から１０年間に１０億ユーロ（約１３００億円）を投資する予定だ。

研究者からは「日本は基礎研究は健闘しているが、マシンの開発競争は北米優位。予算規模の差が効いているのかもしれない」との声が聞かれた。

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