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HOME / AINOW編集部 /いま話題の量子アニーリングって何?量子アニーリングや周辺技術の研究開発の現状とか、今後の展開について聞いてきた! 最終更新日: 2019年7月10日 こんにちは、亀田です。 最近、量子コンピュータとか量子アニーリングとかいう言葉をよく聞きます。調べてみたけど、難しくてよくわからない……。 そこで今回は、量子アニーリングの研究の第一人者、早稲田大学高等研究所准教授の田中 宗先生に、量子アニーリングで何ができるのか? 量子アニーリングとは何か? 夢の計算機「デジタルアニーラ」はクオリティ・オブ・ライフへの最適解を導き出せるか : FUJITSU JOURNAL（富士通ジャーナル）. そして量子アニーリングやその周辺技術は今後どのように発展していき、世の中に影響を与えるのかなど、難しい技術の仕組みよりも、活用方法など分かりやすいところに焦点を当てて、お話を伺ってきましたよ。 田中 宗先生のプロフィール 早稲田大学高等研究所准教授、JSTさきがけ研究者 2008年東京大学にて博士(理学)取得。東京大学物性研究所特任研究員、近畿大学量子コンピュータ研究センター博士研究員、東京大学大学院理学系研究科にて日本学術振興会特別研究員(PD)、京都大学基礎物理学研究所基研特任助教、早稲田大学高等研究所助教を経て、2017年より現職。また、2016年10月よりJSTさきがけ研究者を兼任。専門分野は物理学、特に、量子アニーリング、統計力学、物性物理学。NEDO IoTプロジェクト「IoT推進のための横断技術開発プロジェクト」委託事業における「組合せ最適化処理に向けた革新的アニーリングマシンの研究開発」に従事している。量子アニーリングの研究開発を加速させるため、多種多様な業種の方々との情報交換を積極的に行っている。 そもそも量子アニーリングとは? 名前は聞いたことあるけど、仕組みまではよくわからないという方が大半ではないでしょうか? 量子アニーリングとは、組合せ最適化問題を効率良く解くことができる方法とか、機械学習の一部に使うことができるとか言われていますが、あまりピンと来ないですよね。田中先生のスライドが非常にわかりやすく、まとめられていますので参考にしてみてください。 田中先生から、量子アニーリングや量子技術に関する分かりやすい書籍を2冊紹介していただきました。一つは西森秀稔先生と大関真之先生による 『量子コンピュータが人工知能を加速する』 (日経BP)、もう一つは大関真之先生による 『先生、それって「量子」の仕業ですか?
(写真左から)フォーブス ジャパン編集次長・九法崇雄、東北大学大学院准教授・大関真之、富士通AIサービス事業本部長・東圭三、早稲田大学文学学術院准教授・ドミニク・チェン スーパーコンピューターなど既存の技術が苦手とする問題に、特化型アプローチで瞬時に解を求める"夢の計算機"が注目されている。量子コンピューターに着想を得た、富士通の「デジタルアニーラ」だ。その登場は私たちの社会にどのようなインパクトを与えてくれるのか。量子アニーリングの専門家、東北大学大学院准教授・大関真之、ICTの最前線に身を置く早稲田大学文学学術院准教授・ドミニク・チェン、富士通AIサービス事業本部長・東圭三、そしてフォーブス ジャパン編集次長・九法崇雄が、大いなる可能性を議論する。 なぜいま、次世代アーキテクチャーが求められるのか? 九法崇雄(以下、九法): いま、ビジネスパーソンが知っておくべき、量子コンピューターに代表される次世代技術について教えていただけますか? 大関真之(以下、大関): 既存のコンピューターに使われているのが半導体。その集積密度は18カ月で2倍になると「ムーアの法則」で言われていたのですが、そろそろ限界点に到達しつつあります。これ以上小さくしていくと、原子・分子のふるまいが影響してくる。これはもう量子力学の世界。ではそれらを活用してコンピューター技術に応用できないか、というのが量子コンピューターです。「0」と「1」の2つの異なる状態を重ね合わせて保有できる"量子ビット"が生み出され、新しい計算方法が実現しつつある。とはいえ、実用化にはまだまだハードルがある状態です。 東圭三(以下、東): 一方、既存のコンピューターのいちばんの弱点は、組合せ最適化問題です。ビッグデータ活用が現実化すればするほど、処理データ量は重くなり、課題は山積してくる。その課題を突破するのに量子コンピューターの能力のひとつ、"アニーリング技術"を使おうというのが、現在の機運ですね。日本ではここ1、2年急速にその期待が高まってきました。 従来の手法では、コンピューターが場当たり的かある理論に基づいて試していたのですが、アニーリング技術は全体から複数のアプローチをして、最適解にたどり着くのが特徴です。これにより、答えを出すスピードが飛躍的に速くなる。 九法: ドミニクさんはWebサービスの最前線で、変化を感じていますか?
富士通とペプチドリームは10月13日、創薬分野の新たなブレークスルーとして期待される中分子創薬に対応するデジタルアニーラを開発し、HPCと組み合わせることで、創薬の候補化合物となる環状ペプチドの安定構造探索を12時間以内に高精度で実施することに成功したことを明らかにした。 従来、中分子医薬候補の安定構造探索は、計算量が爆発的に増加するため、既存のコンピューティングでは困難とされていた。例えば、低分子領域であるアミノ酸3個の配列種類は4200ほどで済むが、これがアミノ酸15個の中分子の配列種類となると、1. 6×10 19 の1. 6京となるという。 現在主流の低分子医薬と比べ、中分子医薬は、組み合わせ数が爆発的に増大するため、計算が困難という課題がある この膨大な演算量に対し、今回、研究チームは、複雑な分子構造をデジタルアニーラで高速かつ効率的に計算するために、分子を粗く捉えた(粗視化)構造を用いて中分子の安定構造を探索する技術を開発。この技術により、従来のコンピュータを使った計算で求めることが難しいとされる中分子サイズの環状ペプチドの安定構造の高速な探索を可能としたという。また、デジタルアニーラで求めた候補化合物の粗視化モデルを、HPCで構造探索できる全原子モデルに自動変換する技術も開発。デジタルアニーラで絞り込んだ候補から、さらにその構造のすべての原子の位置を決めることで、より精細な探索が可能となり、計算した構造とペプチドリームが実際の実験で導いた構造を比較したところ、主鎖のずれが0. デジタルアニーラ - やさしい技術講座 : 富士通研究所. 73Åの精度となり、実際の実験とほぼ同等の候補化合物を探索することができたことが示されたという。 デジタルアニーラによる中分子医薬候補(安定構造)の探索の高速化を実現 今回の成果について、ペプチドリームでは、中分子創薬における環状ペプチドの探索に今回開発した技術とデジタルアニーラを実際に適用していく予定としており、これにより中分子医薬品候補化合物の探索を高め、新たな治療薬の開発に必要な期間の短縮を図っていくとしている。一方の富士通は、今回開発した安定構造探索技術は創薬のみならず、材料開発など幅広い分野にも活用できる可能性があるとしており、デジタルアニーラで不可能を可能にしていきたいとしているほか、新型コロナウイルス感染症の治療薬開発にも適用できるのではないかとしている。 ペプチドリームによる実験で得た構造と、計算で導き出された構造の差はほとんどないことを確認 編集部が選ぶ関連記事 関連キーワード 医療 スーパーコンピュータ 富士通 量子コンピュータ 関連リンク ペプチドリーム ニュースリリース ※本記事は掲載時点の情報であり、最新のものとは異なる場合があります。予めご了承ください。
0が提唱されています。これは、サイバー空間(仮想空間)とフィジカル空間(現実空間)を高度に融合させた社会によって経済発展と社会的課題解決の両立を図る人間中心の社会と規定されています。 そしてこのSociety5.
デジタルアニーラは、量子現象に着想を得たデジタル回路で、現在の汎用コンピュータでは解くことが難しい「組合せ最適化問題」を高速で解く新しい技術です。 特長 量子現象に着想を得たデジタル回路により、一般的なコンピュータでは解けない組合せ最適化問題を瞬時に解きます。 デジタルアニーラでは、ソフトウェア技術とハードウェア技術のHybridシステムにより、10万ビット規模の問題への対応を実現しました。 ソフトウェア技術とハードウェア技術のHybridシステムが、大規模な実問題(10万ビット規模)の高速求解を実現 規模 10万ビット規模で課題に対応 結合数 ビット間全結合による使いやすさ 精度 64bit階調の高精度 安定性 デジタル回路により常温で安定動作 「組合せ最適化問題」を実用レベルで解ける 唯一のコンピュータ 実用性の面で課題の多い量子コンピュータに対し、デジタル技術の優位性を活かすことで、早期実用化を実現しました。 なぜ、デジタルアニーラは複雑な問題を高速に解けるのか?
実際の計算式 デジタルアニーラの回路が計算している式を紹介します。 評価値を計算する式 デジタルアニーラでは、「組合せ最適化問題」を数値で計算して、「評価値の最小値」を探します。 (アリの例では、アリが移動する判断として「におい」があります。その「においの強さ」が「評価値」を表しています) 組み合わせが「2の8192乗通り」って、そんなに計算が大変なんですか? はい、例えば2の8192乗通りは、1秒間に1兆回(1の後に0が 12個並ぶ数)通りの組み合わせの計算ができるスーパーコンピュータで計算すると、 log(2^8192/(1兆×3600×24×365))=2446. 54 (1時間は 3600秒、1日は 24時間、1年は 365日) つまり、10進数でだいたい「2447桁」年かかります。 2447桁の年数って、ゼロが2446個ってことだよね、 100000000000000000・・・想像もつかないよ〜 ええー!スーパーコンピュータでさえも2447桁の年数だなんて想像ができないですね。宇宙の年齢が138億年くらいと言われてるから、想像できないのも当然ですね〜 デジタルアニーラの強み デジタル回路なので、安定に動作して、常温小型化が可能 8192個のビットが全結合で互いに相互接続 64ビット(1845京)階調の高精度 デジタル回路なので、安定に動作して、常温小型化が可能 デジタルアニーラは、常温で動作できるので、冷やすための装置が不要です。 8192個のビットが全結合で互いに相互接続とは? 結合する数字が大きくなると、色々な「組合せ最適化問題」を解けるようになる、という意味です。8192個のビットを扱うことができます。しかも、それらが互いにすべて影響しあう場合も計算できます。 (アリの例) 平面だけでなく、近くの葉の裏や地下や空など、色々なところも探せるようになります。 64ビット(1845京*)階調の高精度とは?
15℃)まで冷やした超伝導状態 *8 で量子をコントロールします。Dウェーブ社の量子コンピュータは、組合せ最適化問題を解くための専用マシンです。その原理として使われているのが、東京工業大学の西森秀稔教授らが考案した「量子アニーリング(焼きなまし)」理論です。このマシンを使って特定の問題を計算させると、同じ問題を従来型のスーパーコンピュータで計算させた場合の1億倍の速度だと評判になったのです。 [図3] 従来方式とアニーリング(焼きなまし)方式の解き方の違いイメージ 齋藤 ── ということは将来的に量子コンピュータは、量子アニーリングマシンに集約されていくのでしょうか。 堀江 ── それはわかりません。量子コンピュータの将来像を現時点で描くのは難しいというのが、正直なところです。我々も量子コンピュータの研究にはかなり前から取り組んでいて、その成果の一つがデジタルアニーラなのです。これは物理的な量子現象を利用するのではなく、量子現象の振る舞いに着想を得て設計したデジタル回路よって、複雑な問題を瞬時に解くものです。量子デバイスをコントロールして量子効果を生むのは容易なことではないため、実際に量子デバイスを動かしているわけではありません。 齋藤 ── それほどまでに量子コンピュータは実現が難しいと?