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 産業技術総合研究所(以下、産総研)は2021年7月6日、6量子ビットで構成される超電導量子アニーリングマシンの製造と動作検証に成功したと発表した。この量子アニーリングマシンには、「ASAC」という産総研が独自開発したアーキテクチャーを組み込んだ。ASACは超電導量子アニーリングマシンの代名詞ともいえるカナダのD-Wave Systems(以下、D-Wave)製の量子アニーリングマシンが採用している「グラフ埋め込み」とは異なるものである。産総研によれば、ASACは解くことができる組み合わせ最適化問題の種類が限定されるものの、同一の問題に対してグラフ埋め込みよりも1桁程度少ない量子ビット数で対応できるメリットがあるという。

10mKの極低温環境を実現する極低温性能評価システム
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10mKの極低温環境を実現する極低温性能評価システム
(出所:産業技術総合研究所)

 量子アニーリングマシンは、組み合わせ最適化問題などの求解に使うマシンであり、自然現象を利用したナチュラルコンピューティングの一種である。求解にあたっては、まず問題を「イジングモデル」という、上向きまたは下向きの2つの状態を取る多数のスピン(量子ビット)が相互作用するモデルで表現する。マシン上にこのイジングモデルをマッピングし、全体のエネルギーが最小となるようなスピン状態の組み合わせに収束させ、その状態を観測することで問題の解を得る。今のところ世界最大規模の量子アニーリングマシンは、D-Waveが開発した約5000量子ビットのマシンである。

イジングモデルの概念図
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イジングモデルの概念図
(出所:産業技術総合研究所)

 産総研が開発した量子アニーリングマシンは、「必要最小限の量子ビット数で大規模な組み合わせ最適化問題を解ける」(産総研)と謳(うた)う独自開発のASAC方式を採用する。ASACは、D-Waveのマシンのように幅広い組み合わせ最適化問題を解くのではなく、1つの組み合わせ最適化問題に特化した方式である。具体的には、解きたい組み合わせ最適化問題に対応する、スピン間の相互作用の強さが固定された専用ハードウエアを用意する。

古典2ビット乗算回路専用の超伝導量子アニーリングマシン(6量子ビット)の顕微鏡写真
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古典2ビット乗算回路専用の超伝導量子アニーリングマシン(6量子ビット)の顕微鏡写真
(出所:産業技術総合研究所)