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 現在の量子コンピューターは未完成の存在であり「NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum、ニスク)」と呼ばれる。「ノイズ(雑音)混じりで中規模の量子コンピューター」という意味だ。量子ビットに生じるエラーを訂正する誤り訂正機能がないため、計算が大規模になるほどノイズの影響が大きくなり、正しい解が得られなくなる。現状では量子ビットが少ないのも課題で、実用的な問題を現行方式のコンピューターより速く解く「量子優位性」を発揮するにはほど遠い性能だ。

 それでも金融や化学といった分野を中心に、実用化を見据えた研究や実証実験を始める動きが民間企業に広がり始めた。現行方式のコンピューターを使ってNISQの計算結果から統計的にノイズを取り除く「量子誤り緩和」と呼ばれる技術や、計算に必要な量子ビットを少なくするアルゴリズムの開発といった「使い方の工夫」で来たる量子時代の先取りを目指している。

量子コンピューターの活用が期待されている分野
活用領域主な関連業界概要
モンテカルロ・シミュレーション金融などある不確実な事象について起こりうる結果を推定する数学的手法。古典コンピューターでは緻密なシミュレーションほど膨大な時間を要する。量子コンピューターでは量子重ね合わせ状態を用いて計算時間の大幅な短縮が期待できる。
マテリアルズ・インフォマティクス化学など計算科学や情報科学の力で材料開発の効率化を図る手法。複雑な分子構造になるほど計算量が膨大となるが、量子コンピューターで精度を飛躍的に高められる可能性がある。
量子機械学習機械学習量子重ね合わせや量子もつれといった量子性を機械学習に応用する取り組み。新たなアルゴリズムの開発や機械学習の高速化などが期待されている。
最適化問題インフラ、物流など与えられた制約条件の下で、多くの選択肢の中から目的の値を最大化・最小化する組み合わせを求める。量子アニーリング方式を使う方式が先行するが、量子ゲート方式で最適化問題を解く方式も開発されている。

「量子時代」への対応の緊急度は事業領域で異なる

 実用性を備えた量子コンピューターの出現に、企業はどう備えるべきか。企業にとっての緊急度は、量子コンピューターが事業領域に与えるインパクトの大きさによって異なる。量子コンピューターのインパクトをどう評価するかで取り組むべき内容や時期を検討するのが望ましい。

量子コンピューターの実用化に対する危機感
量子コンピューターの実用化に対する危機感
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 最も危機感が大きいのは、暗号がビジネスの根幹を支えるセキュリティーや通信の領域だ。現在、個人認証や電子商取引といった多くの場面で使われる「RSA暗号」は、桁数が大きい合成数の素因数分解問題が困難であることを安全性の根拠とする。十分な数の量子ビットを備えて誤り訂正もできる「完全な量子コンピューター」であれば、「ショアのアルゴリズム」を使うことで、現行方式のコンピューターでは現実的な時間で解けない素因数分解を短時間で解けることが知られている。もし完全な量子コンピューターが実現すると、RSA暗号の安全性が損なわれる。

 現在の量子コンピューターはまだRSA暗号を解読できないし、完全な量子コンピューターが登場する時期も定かではない。しかし暗号化された機密情報があらかじめ傍受されていたような場合、ショアのアルゴリズムを実行できる完全な量子コンピューターが登場すると、過去に遡って中身を解析される危険がある。そのためセキュリティー企業や通信事業者は、量子コンピューターでも解読できない「耐量子暗号」に早期に移行することを検討している。

 日本では凸版印刷が、将来のRSA暗号の危殆(きたい)化を見据え耐量子暗号の研究開発を進めている。同社が顧客に販売しているICカードにおいて現在、RSA暗号を使っているためだ。ICカードの利用企業が耐量子暗号を求め始める事態に備えて、その準備を進めている。

 本特集の第1回でも取り上げたように、ソフトバンクも米Alphabet(アルファベット)から独立した米Sandbox AQ(サンドボックスAQ)と共同で、耐量子暗号を使うVPN(仮想私設網)の共同開発を始めた。セキュリティー企業や通信事業者にとって、量子コンピューターの脅威は将来ではなく現実の事象なのだ。

 金融分野の危機意識も大きい。量子コンピューターを使ったモンテカルロ・シミュレーションによって、金融商品の精緻な価格予測やリスク評価が実現すれば、量子コンピューターを使う企業と使わない企業では商品力に大きな差がつくことが想定される。三菱UFJフィナンシャル・グループ(MUFG)の田中智樹システム企画部調査役は「将来、量子コンピューティングを前提としたリスク計算が当たり前になる時代が来ても不思議ではない」と指摘する。

 化学分野では、量子コンピューターを使った量子化学シミュレーションによって、材料開発などのスピードアップが期待されている。しかし化学分野では、突然現れたゲームチェンジャーが産業構造を一気に変えるとの想定はされていない。化学反応を制御した実際の製造、原料メーカーやサプライチェーンに対する知見といったノウハウは「一朝一夕には構築できない」(JSRマテリアルズ・インフォマティクス推進室の大西裕也次長)ためだ。そのため同業他社や事業領域を広げようとする川上・川下のプレーヤーに、量子コンピューターの活用で後れをとらないことが重要になる。