量子コンピュータとは
まず、「量子コンピュータとは何か」という点について整理します。量子コンピュータは、量子力学の原理を応用して計算するコンピュータです。従来型のコンピュータ（古典コンピュータ）は、データの最小単位である「ビット（古典ビット）」を用いてデジタル回路で演算します。1ビットは、0または1いずれかの値を表現します。これに対し、量子コンピュータは「量子ビット」を基本単位とします。量子ビットには、「重ね合わせ」と呼ばれる、ビットが0である状態と1である状態とが重なり合って存在するという不思議な特性があります。量子コンピュータは、この特性により、複数の状態を同時に表現することで高速な並列計算を可能とし、従来型コンピュータでは実現できなかった複雑な計算を短時間で処理出来ると期待されています。
量子コンピューティング技術は、動作原理の違いによって、イジング型（アニーリング型）とゲート型に分けることができます。
【イジング型（アニーリング型）】
組合せ最適化問題に特化した量子アルゴリズムである「量子アニーリング」を使用して処理を行います。ゲート型のような汎用性はありませんが、ゲート型よりもシンプルに計算を実現することが可能で、すでに実際のビジネスへの応用が進められています。
【ゲート型】
「量子ゲート」と呼ばれる電子回路を使用して計算をします。超電導回路や半導体量子ドットや光、イオン、冷却原子（中性原子）など、様々な実現手法が提案されています。汎用的な計算が可能で、最適化計算、素因数分解、化学シミュレーションなど、あらゆる分野での応用が期待されていますが、まだ業務に適用するレベルでの実用化には至っていません。
量子インスパイアード技術とは
実務での利用が進められているイジング型（アニーリング型）ですが、既存のデジタル回路技術を利用してイジング型の計算原理を模倣し、従来型のコンピュータ（古典コンピュータ）上で複雑な計算を高速で処理する手法が開発されています。これを「量子インスパイア―ド」技術（「疑似量子」、「イジングマシン」、「アニーリング」などとも呼ばれます）と言います。量子インスパイア―ド技術は、量子コンピュータを模倣する技術なので、厳密な意味での「量子コンピュータ」ではなく、広義の「量子コンピューティング技術」に含まれます。この点は混同すると、実用化時期について大きな誤解が生まれやすく、注意が必要です。大規模なシステムではありますが、半導体で動作する通常のコンピュータ上で動作するため、量子ビットを扱う特別なハードウェアは必要ありません。量子インスパイア―ド技術による実装は、日本が優位に立っている分野です。
量子コンピューティング技術開発の現状と活用
先述の通り、量子コンピュータはゲート型とイジング型（アニーリング型）に分けられます。いずれも量子力学の原理を応用していますが、計算手法が異なります。
ゲート型は、汎用的な計算が可能ですが、外部ノイズの影響を受けやすく、エラー耐性がありません。このため、実用化には数十年単位の時間がかかるとされていたり、2030年には実用化可能との見方があったりと議論が分かれています。他方、イジング型（アニーリング型）はすでにビジネスでの応用が進められており、業務課題の解決のためにすぐに利用することが可能です。しかも、疑似量子という技術を使えば、特別なハードウェアがなくても通常のコンピュータ上で組合せ最適化問題に特化した計算を行うことができます。
イジング型（アニーリング型）の具体的な利用分野の一つとして、交通や物流が挙げられます。数ある経路の中から最適な物流ルートを探索することで、配送効率の向上やコスト削減につなげ、「物流の2024年問題」に対処できるようになることが期待されます。他にも、材料開発、創薬、製造、金融などの分野での実利用が注目されています。
量子コンピュータ時代に向けた社会実装の加速
組合せ最適化問題とは、様々な制約の下で、膨大な選択肢の中から、最も良い組合せを解として求める問題のことです。
激しく変化するビジネス環境の中で、迅速な意思決定を下すことは必要不可欠です。現在、AIやIoTなどのデジタル技術を活用して企業のDX化が進められ、ありとあらゆる企業活動のデータが見える化されています。収集したデータを基に、例えば、生産計画や物流現場の最適化、複合的な制約条件を加味して、膨大な選択肢から最適解を導き出したい時にこそ、量子コンピューティング技術の出番です。特に、イジング型（アニーリング型）コンピュータはすでに商用化されており、特に量子インスパイア―ド技術はすぐにでも業務適用が可能な日本が得意とする手法です。複雑なものから身近なものまで、あらゆる課題にこの技術を積極的に使用し、実践をはじめることが重要です。
Q-STARは、量子コンピュータ時代に備え、日本の強みの一つである量子インスパイア―ド技術や、関連度が増しているAI（機械学習）など様々な既存技術とを組み合わせて、実践的でかつ広範なユースケースを創出し産業化に向けて日々活動しています。
| Q-STAR会員各社 量子インスパイアード技術・サービス ・東芝SQBM＋ https://www.global.toshiba/jp/products-solutions/ai-iot/sbm.html ・NEC Vector Annealing サービス https://jpn.nec.com/nec-vector-annealing-service/index.html ・日立CMOSアニーリング https://www.hitachi.co.jp/products/it/finance/solutions/application/common/CMOS-annealing_cloud/index.html ・富士通デジタルアニーラ https://www.fujitsu.com/jp/digitalannealer/ ・Fixstars Amplify https://amplify.fixstars.com/ja/ |