■量子現象に着想を得て開発した、これまでにないコンピュータ

　富士通株式会社は23日、「デジタルアニーラ」に関する技術説明会を開催した。
デジタルアニーラは量子現象に着想を得てイジング模型を解くことに特化したデジタル回路で、
組み合わせ最適化問題を高速に解くことができるハードウェア。
あくまで従来型コンピュータの技術を使ったもので、量子コンピュータではない。
だが、新しいアーキテクチャのコンピュータであり、
規模・結合数・精度のバランスと安定動作で実社会の問題に適用できるものだとしている。

　解説したのは富士通株式会社 AI基盤事業本部 本部長代理(４月以降はAIサービス事業本部本部長)の東圭三氏と、
株式会社富士通研究所コンピュータシステム研究所次世代コンピュータシステムプロジェクト主任研究員の竹本一矢氏。

　東氏は最初に「毎週のようにアニーリング技術、量子コンピュータ技術に関する発表が行なわれている」と紹介し、
各社による量子ゲート方式やアニーリングマシンによる発表をざっと振り返った。
富士通は2017年11月に量子コンピュータのアプリ開発で、
Accenture、Allianzと共同で1Qbit(1QB Information Technologies Inc.)に出資している。

　脳型や量子コンピュータなど新しいコンピュータアーキテクチャが模索されている背景には、
ムーアの法則と微細化の限界が想定されていることがある。デジタルアニーラはその1つで、
既存のデジタル回路技術を使って量子コンピューティングマシンのような振る舞いを模擬することで、
組み合わせ最適化問題など従来型アプローチでは難しい問題を解こうという試みだ。

■デジタル回路で量子過程の利点を活かす発想

　量子コンピューティングには「量子ゲート方式(量子回路方式)」と「イジングマシン方式」の2種類がある。
量子ゲート方式はIBMやGoogleなどが研究開発中で、暗号解読などへの適用が期待されている。
後者のうちアニーリング方式の量子コンピュータとしてはいち早く商用化したD-waveのサービスが有名だ。

　いっぽう、富士通のデジタルアニーラは
「量子ではなく従来のデジタル回路でアニーリングマシンがやっていることを実現したもの」(東氏)。
産業界への適用が進んでいるのはアニーリング方式だとし、量子ゲート方式のコンピュータが実産業、
企業に適用されるには、まだまだ時間がかかるとの見方を示した。

　アニーリングとは「焼きなまし」のことだ。
材料をゆっくり冷却する過程で、内部のひずみが取り除かれ、安定した状態に落ち着いていく過程のことだ。
時間はかかるが最終的にはエネルギー的に安定な状態に落ち着く。
アニーリングアプローチはその物理過程をコンピューティングに活用しようとしている。

　たとえば従来手法でパズルを解こうと思ったら総当たりでやっていたのに対し、
アニーリングは、それとは違い、確率探索を行ない、
コスト関数の評価値が最小あるいは最大にする方式で問題を解く。

　本物の量子コンピュータは量子ビットを用いて、1と0の重ね合わせを表現する。
デジタルアニーラはデジタル回路なので、1と0の状態を重ね合わせで表現することはできない。
そこで、乱数発生器を使って1と0の揺らぎのような状態を表現する。

　また最適解ではないがコスト関数がある程度低いところに落ち着きそうになっても、
ある確率で高いところへの移動も許すような仕組みをアーキテクチャに組み込んでいる。
ういった工夫によって、デジタル回路を用いながらも、
量子過程ならではの並列化や高速化の仕組みを実現しているところが特徴だ。

続きはソースで

最近のアニーリング／量子コンピュータ関連の動向
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1113/270/410_l.jpg
新アーキテクチャの模索
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1113/270/412_l.jpg
各社の取り組み
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1113/270/418_l.jpg
アニーリングとは焼きなましのこと
https://pc.watch.impress.co.jp/img/pcw/docs/1113/270/419_l.jpg

PC Watch
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1113270.html