量子コンピュータとは？

量子コンピュータとは、原子、電子、光子などのナノサイズ以下の物質を扱う「量子力学」の原理を利用することで、従来のコンピュータをはるかに超える処理能力をもつコンピュータのこと。

従来のコンピュータで膨大な時間がかかっていた複雑で高度な計算を短時間で解くことができるといわれ、その速度は従来のコンピューターの約1億倍ともいわれている。

また処理能力が高いコンピュータは一般的に膨大なエネルギーを消費するが、量子コンピュータは従来のコンピュータに比べ消費エネルギーが少ないことも利点としてあげられる。

例えば、スーパーコンピュータ「富岳」が118kWの電力を消費するのに対し、D-Waveの量子コンピュータの消費電力は冷却装置も含めて25KW以下とされている。

1990年代ごろから研究開発が進み、2011年にカナダのD-Wave Systems社が世界初の量子コンピュータを販売した。その後、2016年にアメリカIBM社が5量子ビットの量子コンピュータをクラウドサービスとして公開。2019年秋には、Google社の研究チームが「量子コンピュータが、スーパーコンピュータで1万年かかるといわれる計算を約200秒でこなした」と発表し、現在も日々世界的に研究が進んでいる。

量子ゲート方式と量子アニーリング方式の違い

簡単にいうと量子コンピュータは、ナノサイズ以下の物質「量子」がもつ特性である「量子重ねあわせ」、「量子もつれ」といった物理現象を使うことで、膨大で複雑な計算を可能にする。

量子コンピュータには、その計算方式の違いにより「量子ゲート方式」と「量子アニーリング方式」という2つの種類がある。

• 量子ゲート方式

現時点で量子コンピュータの主流とされているのが、IBMやGoogleの量子コンピュータに採用されている「量子ゲート方式」だ。ゲート方式の量子コンピュータは処理速度は速いが、現時点ではまだ誤りが多く誤差が発生しやすいため、正確性を上げる訂正技術の確立が課題となっている。

• 量子アニーリング方式

一方「アニーリング方式」は、カナダD-Wave社の量子コンピュータに採用されており、こちらは応用範囲が広くさまざまな分野での活用が可能とされている。ただし処理に時間がかかることから、高速化が今後の課題となっている。

これから量子コンピュータの活用が期待される分野

将来、上述のような課題をクリアした量子コンピュータが誕生し実用化されれば、より高精度のシミュレーションや解析が可能になり、現在解決できていない社会課題解決に役立てられるといわれている。今後活用が期待されているのは、以下のような分野だ。

• 自動運転技術

自動運転の分野では、移動の効率化、渋滞や環境問題対策、交通弱者対策などに量子コンピュータが活用できるとされている。
またカーシェアリングなど、交通手段利用が検索から予約、支払いまで一括で行える「MaaS」サービスの展開・発展にも役立つといわれる。

• 新素材開発

量子コンピュータを複雑な化学化合物や化学反応のシミュレーションに活用することで、さまざまな新素材の開発が進むといわれている。例えば、腐食性が向上した新素材や、再生可能エネルギーの効率向上やコスト削減につながる新素材の開発などだ。

• 創薬

量子コンピュータを使えば、現在のコンピュータでは困難な範囲の分析を大規模で行えるようになるため、新薬開発のコストと市場投入までの時間を大幅に削減できるといわれている。

• 金融

また将来の株価予測や株価変動予測、シミュレーション、価格決定、金融における投資先選定など、金融のあらゆる場面で活用が可能だ。

• 画像認識技術

量子コンピュータの活用により、顔認証技術、指紋認証、自動運転における画像認識などの精度がさらに高くなるといわれる。

量子コンピュータが今後実用化されれば、我々の生活が便利になるだけではなく、現在困難なメカニズムの解析や新技術・サービスの開発が可能となることでさまざまな社会課題の解決につながる。

各国政府をはじめ世界の大学、企業などが積極的に研究開発を進めている分野であり、今後の社会変革に欠かせないテクノロジーだといえる。

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【参考サイト】 株式会社日立ソリューションズ・クリエイト
【参考サイト】 内閣官房『量子技術イノベーション戦略の策定に向けて』
【参考サイト】 経済産業省『イノベーション創出に向けた 先端基盤技術(量子・AI)戦略について』
【参考サイト】 理化学研究所「量子コンピュータの実用化加速へ」
【参考サイト】 Crystal-Method Co.,Ltd.
【参考サイト】 PRTIMES「IBM Quantum Summit 2020 産業界において量子コンピューティングが可能にすることを探る」
【参考サイト】 「国内初、NAMが量子コンピュータを創薬へ応用~量子機械学習ライブラリの公開」

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