D-Wave Systems の量子コンピュータは、現在利用可能な最速のスーパーコンピュータでも解くことのできない問題を解決する可能性を秘めています。
しかし、D-Wave 社のマシンが現実世界でその性能を決定的に証明するまでには至っていないため、一部の学者からはパフォーマンスの優位性に関する主張は時期尚早だと批判されている。
この「ライブ」記事には、D-Wave 量子コンピューターについて知っておくべきすべての情報が掲載されており、今後更新されます。
参照: TechRepublic のすべてのチートシートと賢い人向けガイド
エグゼクティブサマリー
- D-Wave量子コンピュータとは何でしょうか？これは、原子レベルでの物質の直感に反する挙動を利用して、特定の種類の問題を解決するマシンです。
- D-Wave量子コンピュータがなぜ重要なのか？それは、バイオサイエンスからサイバーセキュリティに至るまで、従来のコンピュータでは事実上不可能な問題に取り組む可能性を秘めているからです。
- D-Wave量子コンピュータは誰に影響を与えるのでしょうか？ D-Waveマシン1台あたり1500万ドルの価格を考えると、主に潤沢な資金を持つ大規模組織が対象となります。しかし、初期顧客はロッキード・マーティン、米国政府、Google、NASAなどに限定されていますが、D-Waveはクラウドサービスを通じてマシンへのアクセスも提供しています。
- D-Wave量子コンピュータはいつ登場するのでしょうか？ D-Waveは量子プロセッサの開発を継続する計画で、著名な投資家の支援を受けており、早期導入者への販売も継続しています。
- D-Wave量子コンピュータの競合相手は誰でしょうか？ GoogleのQuantum AI Labは「Bristlecone」と呼ばれる72量子ビットの量子プロセッサを開発しており、IBMは「今後数年以内」に50量子ビットの量子コンピュータを開発すると約束しています。
D-Wave 量子コンピュータとは何ですか?
D-Wave の量子コンピュータは、日常的なコンピュータとはまったく異なる技術を使用しています。
最新のD-Waveマシンは高さ10フィート、費用は1500万ドルで、「量子トランジスタ」、つまり液体ヘリウムで絶対零度（-459.6°F）近くまで冷却されたニオブの小さなループを使って問題に取り組みます。
この特殊なアーキテクチャは、D-Wave チップが量子現象、つまり原子レベルで物質が直感に反して振る舞う方法を利用するために必要です。
D-Wave がここまで尽力したのは、特定の種類の問題を解決する場合、同社のプロセッサが従来のコンピュータを大幅に凌駕する可能性を秘めていると信じているためだ。
しかし、これらのプロセッサは、現在使用されている汎用コンピュータに比べて、対処できる問題の範囲が根本的に限られており、D-Wave のシステムは特定の種類の計算しか処理できません。
D-Wave は自社のシステムを「コンピュータ」と呼んでいるが、UCL のナノエレクトロニクスおよびナノフォトニクス教授のジョン・モートン氏は、電卓がコンピュータではないのと同様、D-Wave システムは汎用量子コンピュータではないと述べた。
「電卓は非常に特殊な問題を解くものです。多くの人が使用しており、様々な業界で活用されています」と彼は述べた。
「ですから、D-Wave 社が D-Wave マシンを利用する可能性のあるさまざまな業界を紹介するとき、D-Wave が利用できる領域は多岐にわたるかもしれませんが、それでも D-Wave は特殊なデバイスであることに変わりはありません。」
追加リソース
- 量子飛躍：D-Waveの次世代量子コンピューティングチップは1,000倍の高速化を実現
- 量子コンピューティング：賢い人のためのガイド
D-Wave 量子コンピュータが重要なのはなぜですか?
D-Wave システムが興味深いのは、その潜在能力です。
開発の初期段階であるにもかかわらず、NASAやGoogle、ロッキード・マーティン、ロスアラモス国立研究所などの組織が、D-Wave社のマシン1台に1500万ドルを支払っている。
D-Waveプロセッサは、制約なし二値最適化と呼ばれる特定の数学的問題を解く際に、最終的に従来のコンピュータを大幅に凌駕する性能を発揮する可能性があるからです。この種の最適化問題の非常に単純な例としては、予算内で可能な限り理想の仕様に近い家の設計図を作成するという課題が挙げられます。
D-Wave のマシンが将来従来のコンピューターをどれだけ凌駕するかの一例として、2015 年に Google が行ったテストでは、D-Wave 2X プロセッサが同様の操作を実行する従来のプロセッサよりも 1 億倍高速であることが判明しました。
この1億回の高速化の意義については、テストが合成的なものであり、D-Waveプロセッサに大きく有利であるという理由で異論が唱えられました。しかし、D-Waveは、このテストはD-Waveの基本的なアプローチが健全であり、チップが量子トンネル効果と呼ばれる現象を利用して計算を支援できることを実証したため、意義深いものであると述べました。
このトンネリングは、D-Wave プロセッサが量子アニーリング (粒子システムの最小エネルギー状態を見つけるプロセス) を実行するために必要であり、前述の最適化問題のクラスをモデル化して解決するのに役立ちます。
しかし、D-Wave システムの将来性の多くは将来にかかっており、その可能性が実現されるかどうか疑問視する人もいます。
D-Wave に対する最も声高な懐疑論者は、おそらくテキサス大学オースティン校のコンピューターサイエンス教授、スコット・アーロンソンだろう。
D-Wave は、特定の問題を解決する上で同社のプロセッサが従来のプロセッサよりも優れていることを同社のテストで繰り返し主張しているが、アーロンソン氏は、D-Wave の最新のパフォーマンスに関する主張 (現在も調査中) を除けば、パフォーマンスが優れているという過去の主張は誤りであることが証明され、いずれの場合も「主張されていた差を解消する」異なる従来のアプローチが見つかったと述べている。
D-Wave は、そのプロセッサのいわゆる量子超越性、つまり従来のスーパーコンピュータが到底追いつけない速度で計算を実行する能力をまだ明確に実証していない。
しかし、グーグルのエンジニアリングディレクター、ハルトムート・ネヴェン氏は、テストでD-Waveを使用することで実証された「大幅な実行時間の向上」が「機械知能に関連するタスクで発生する商業的に重要な問題にも応用される」と、このテクノロジー大手は「楽観的」であると述べた。
追加リソース
- 最新の量子コンピューティング：高さ10フィート、2,000量子ビット、価格1,500万ドル（ZDNet）
- UNSW、量子コンピューティングの安定性が10倍向上（ZDNet）
D-Wave 量子コンピュータは誰に影響を与えますか?
D-Wave プロセッサが得意とするバイナリ最適化問題は、さまざまな分野で実用的な応用が可能です。
D-Wave社によれば、同社のプロセッサは金融分野での取引軌道の最適化、バイオサイエンスにおけるタンパク質の折り畳みの解明、潜在的な一致を見逃さないリストのフィルター作成（テロリスト監視リストをチェックするセキュリティサービス、オンライントラフィックにおけるサイバーセキュリティの脅威の発見、AIおよびコンピュータービジョンにおけるバイナリ分類器の開発に役立つ）に使用されているという。
参照：ビデオ：量子コンピューティング…2分以内で
D-Wave が特に興味を持っているのは、そのプロセッサが、ラベル付けされていないトレーニング データをニューラル ネットワークに入力し、パターンを識別してマシンが学習する、教師なし機械学習の実行に使用できる可能性です。
D-Wave社はすでにチップ上で機械学習の実験を行っており、ボルツマンマシン（確率的リカレントニューラルネットワークの一種）や「量子ボルツマンマシン」を構築している。D-Wave社のビジネス開発および戦略的パートナーシップ担当ディレクターのコリン・ウィリアムズ氏は、量子ボルツマンマシンは「従来の機械学習モデルとは根本的に異なる」ため、最終的には「訓練に使用されたデータの種類と統計的に区別がつかない新しいデータを生成」できるようになる可能性があると述べている。
ウィリアムズ氏は、最終的には、D-Wave ベースの機械学習モデルをトレーニングして、トレーニング対象の画家のスタイルで新しい説得力のある芸術作品を生み出したり、人間のような話し方を再現したりできるようになるだろうと予測しています。
D-Wave社は、少量のラベル付きデータのみを使用してマシンをトレーニングすることに特化し、量子マシンをディープラーニングにどのように応用できるかに焦点を当てたQuadrantというスピンオフ企業を設立しました。
D-Wave は、自社のマシンを従来のコンピューターの代替品としてではなく、作業を従来のシステムに引き渡す前に特定のタスクを処理するための補完的なものとして捉えている。
追加リソース
- 量子物理学とITセキュリティの融合
- 量子コンピューティングが暗号を解読し、数十年にわたるオンラインの秘密を明らかにする方法
D-Wave 量子コンピュータはいつ登場するのでしょうか?
D-Wave への関心の高さを考えると、近い将来も新しいマシンがリリースされ続ける可能性が非常に高いと思われます。
D-Waveは、投資銀行のゴールドマン・サックス、In-Q-Tel（米国中央情報局の投資部門）、Bezos Expeditions（Amazon創業者のジェフ・ベゾスの投資部門）、BDC Capital、Harris & Harris Group、DFJなど、さまざまな著名な投資家から数百万ドルの資金を調達している。
D-Wave社は量子コンピュータの販売台数がまだ少数にとどまっているものの、マシンの購入者を惹きつけ、その技術への関心を高め続けています。自動車メーカーのフォルクスワーゲンは2017年からD-Wave社と提携しており、同社のシステムを用いて交通流をモデル化し、電気自動車向けのより効率的なバッテリーを開発しています。
D-Wave 社の見解では、チップの中核となるコア技術は機能することが実証されており、量子超越性を実現するには、プロセッサにさらに多くの量子ビットを追加し、これらの量子ビットをより高密度に接続する必要がある。
2016年末、D-Wave社は同社初の2000量子ビット「量子コンピュータ」である2000Qを発売した。2000Qでは量子ビット数が倍増しただけでなく、アーキテクチャ上の改良も導入され、同社によれば、特定の計算速度が前世代機の1000倍、従来のコンピュータの2600倍に向上したという。
テネシー州オークリッジ国立研究所の米国エネルギー省の研究者は、D-Wave 2000Q システムにクラウド アクセスして、ハイブリッド コンピューティング アーキテクチャを調査し、エクサスケール システムを実行するように設計されたソフトウェアの開発を加速できるようになります。
D-Waveはシステムの新規顧客獲得に取り組んでいます。2018年初頭には、Google、NASA、大学宇宙研究協会が運営する量子人工知能研究所にもD-Wave 2000Qシステムが導入されました。
D-Waveは2000Qの先駆けとして、「これまでに学んだすべての教訓に基づいた、根本的に新しいトポロジー」を備えた「次世代チップ」の設計を進めており、これにより量子ビット間の接続性が大幅に向上し、既存プロセッサの10,000量子ビットの限界を超えることが可能になると報じられています。D-Waveは2018年2月初旬、次世代プロセッサのプロトタイプの製造とテストを完了したと発表しました。
追加リソース
- ビデオ：量子コンピューティング…2分以内で
- シドニー大学、量子コンピューティングの進歩は予測不可能と予測 (ZDNet)
D-Wave 量子コンピュータの競合相手は誰ですか?
前述のように、D-Wave は汎用量子コンピュータではなく、UCL のモートン氏は 2030 年代までは存在しないかもしれないと予測しています。
しかし、多くの大手テクノロジー企業が汎用量子コンピュータ技術の研究開発を行っています。
2018年3月、GoogleのQuantum AI Labは「Bristlecone」と呼ばれる新しい72量子ビットの量子プロセッサを披露しました。同社によれば、このプロセッサは特定の種類の問題で従来のスーパーコンピュータを上回る性能を発揮し、まもなく「量子超越性」を達成する可能性があるとのことです。
IBMはまた、「今後数年」以内に商用化される50量子ビットの量子コンピュータを構築すると約束しており、2018年1月にはチップメーカーのインテルが独自の49量子ビットの量子チップを発表し、マイクロソフトは量子コンピューティング研究に多額の資金を投資している。
追加リソース
- IBM Qは企業向けクラウドに量子コンピューティングを導入
- マイクロソフトの量子コンピュータシミュレーター：コンピュータの未来を垣間見る
量子コンピューティングについて詳しく読む
- 量子コンピューティング：賢い人のためのガイド
- ビデオ：量子コンピューティング…2分以内で
- 量子物理学とITセキュリティの融合
- マイクロソフトの量子コンピュータシミュレーター：コンピュータの未来を垣間見る
