「1兆の500乗」通りから瞬時に実用解を導く半導体コンピュータ、日立が開発 量子コンピュータに匹敵

[ITmedia]

　日立製作所は2月23日、膨大な組み合わせから適した解を導く「組み合わせ最適化問題」を瞬時に解くコンピュータを開発したと発表した。量子コンピュータに匹敵する性能で「1兆の500乗」という組み合わせにも対応できる上、従来の半導体チップで実現しているため室温で動作可能で、電力効率も大幅に優れるという。

　組み合わせ最適化問題は、複数都市をまわる場合の最短経路を求める「巡回セールスマン問題」で知られ、世界的な輸送システムや送電網など、大規模な社会システムの課題解決にも重要。だが問題が大きくなればなるほど組み合わせのパターンも増え、最適な解を導くためにはスーパーコンピュータを使っても天文学的な計算時間が必要になってしまう。

　この問題を解くために、量子力学を応用した手法（量子アニーリング）による量子コンピュータが注目されている。だが、超伝導素子や、素子を極低温に冷却する装置などが必要で、現状では大規模化に課題を抱えている。

イジングモデルは、2つの状態をとる強磁性体スピンで構成し、最も隣接した格子点のみの相互作用を考慮するモデル。CMOSアニーリングでは、量子アニーリングを半導体CMOS回路上で擬似的に再現する

　日立は、量子コンピュータの計算手法を半導体回路上で擬似的に再現することで、高速な処理が可能なコンピュータを開発した。最適化問題を、磁性体の振る舞いを数学的に表現する「イジングモデル」に変換して解くもので、これを半導体CMOS回路上で擬似的に再現した。

　半導体技術を使うため室温で動作が可能になる上、チップを並列化することで大規模な問題にも対応できるという。また、イジングモデルによる手法では部分計算だけで全体最適に近い解（実用解）が得られるため、高速な処理と省電力化が可能としている。

　65ナノメートルプロセスによる試作機で実証実験を行い、現在の量子コンピュータのパラメータ数である512の40倍となる2万480パラメータの組み合わせ最適化問題を数ミリ秒で解けることを確認。電力効率は量子コンピュータの約1800倍という。14ナノメートルプロセスを採用すれば、1600万パラメータに対応する大規模化も可能だとしている。

　同技術により、個別最適から全体最適まで行うシステムを構築し、大規模化・複雑化する社会インフラの課題に対応する社会イノベーション事業を進めていくとしている。

　成果は2月22日〜26日のISSCC（米サンフランシスコ）で発表する。