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 量子コンピュータは、シリコンチップを使った古典的なコンピュータよりも本当に高速なのか。近いうちに、この論争に決着が付くかもしれない。この1年、ハードウエア、ソフトウエアの両面で進展があり、量子コンピュータの真の性能を発揮できる条件が揃いつつあるためだ。

 カナダの商用量子コンピュータメーカーであるD-Wave Systemsは2015年8月20日(現地時間)、1000個を超える「量子ビット」を搭載する量子コンピュータの新モデル「D-Wave 2X」の出荷を開始したと発表した。膨大な組み合わせから最適な解を探る「組み合わせ最適化問題」について、D-Wave2Xが現行の古典的コンピュータよりも「最大で600倍高速」に解けると同社は主張している。

 D-Wave Systemsは、東京工業大学の西森秀稔教授と門脇正史氏が提唱した理論「量子アニーリング」に基づく量子コンピュータを、2011年から販売している。これまでの「D-WaveTwo」が「0」と「1」の情報を重なり合った状態で保持できる量子ビットを512個搭載するのに対して、今回発表したD-Wave 2Xでは量子ビットを1000個以上搭載する。

 量子ビットとは、量子コンピュータを構成する最小単位の素子のこと。1000個超の量子ビットを協調動作させたのは、D-Waveのシステムが世界初だ。

 量子アニーリング型の量子コンピュータは、この量子ビットの結合度を調整することで、組み合わせ最適化問題の解を導くことができる。量子コンピュータは、量子ビットの数が多いほど、より大規模な問題を解くことができる。D-Waveは従来の約2倍の1152個の量子ビットを集積した新型プロセッサ「Washington」を開発し、1000個以上の量子ビットについて動作を確認した(写真)。

写真 新型プロセッサ「Washington」の外観
写真 新型プロセッサ「Washington」の外観
さらなる高速化に挑む
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 Washingtonプロセッサは現在、二つのD-Waveシステムに導入されているもよう。その一つが米グーグルと米航空宇宙局(NASA)が共同運営する「量子人工知能研究所」に設置したシステム。2015年初頭からWashingtonをチューニングし、2015年6月までに1000超の量子ビットの動作を確かめた。D-Waveの量子コンピュータを導入した企業や組織は、組み合わせ最適化問題を経路探索など現実の問題に当てはめることで、量子コンピュータを事業に生かせるかを検証している。

「高速性」検証の取り組みが進む

 実は量子コンピュータが本当に古典的コンピュータよりも高速なのかという問いに対して、いまだに結論は出ていない。一部の最適化問題については「D-Waveのシステムの方が高速」と実験で確認できている。ただ、より広範な最適化問題について性能を実証しない限り、本当に「古典的コンピュータよりも高速」とは言いにくいのが実情だ。

 現在、産学を挙げて量子コンピュータの高速性を検証する取り組みが進んでいる。高速化の妨げになる熱などに起因する雑音(ノイズ)を、ソフトウエア上の工夫で最小限にする「誤り訂正符号」の導入、理想の解(最適解)ではなくそこそこ優れた近似解を求めることで実用的な高速性を検証するアプローチなどだ。

 D-Waveの量子コンピュータにつきまとう疑念を払拭できるか。2015年中に、一定の結論が見えてきそうだ。