東芝の「量子インスパイアード計算」、速度100倍に 成功率もほぼ100％、鍵は“カオスの縁”：Innovative Tech

東芝 総合研究所社などに所属する研究者らが米国物理学会の学術誌「Physical Review Applied」で発表した論文「Edge-of-chaos-enhanced quantum-inspired algorithm for combinatorial optimization」は、膨大な選択肢の中から最適な答えを見つけ出す「量子インスパイアード組合せ最適化計算機」の性能を飛躍的に高める新アルゴリズムを発表した研究報告だ。

[山下（Seamless），ITmedia]

Innovative Tech：

2019年にスタートした本連載「Innovative Tech」は、世界中の幅広い分野から最先端の研究論文を独自視点で厳選、解説する。執筆は研究論文メディア「Seamless」（シームレス）を主宰し、日課として数多くの論文に目を通す山下氏が担当。イラストや漫画は、同メディア所属のアーティスト・おね氏が手掛けている。X：＠shiropen2

　東芝 総合研究所社と理化学研究所の量子コンピュータ研究センター（RQC）に所属する研究者らが米国物理学会の学術誌「Physical Review Applied」で発表した論文「Edge-of-chaos-enhanced quantum-inspired algorithm for combinatorial optimization」（プレスリリース）は、膨大な選択肢の中から最適な答えを見つけ出す「量子インスパイアード組合せ最適化計算機」（シミュレーテッド分岐マシン、SBM）の性能を飛躍的に高める新アルゴリズムを発表した研究報告だ。

　新薬の開発や効率的な配送ルートの決定、金融ポートフォリオの作成など、社会に存在する複雑な組合せ最適化問題を従来の約100倍のスピードで解くことができるという。

「量子インスパイアード組合せ最適化計算機」とは？

　世間で「量子コンピュータ」と呼ばれている装置は、チップを絶対零度付近まで冷やし、量子ビットの重ね合わせやもつれを直接使って計算する。社会の実問題を解決できるほどの量子ビット数にはまだ届いていない。

　一方で量子インスパイアード組合せ最適化計算機は、量子計算の研究に端を発するものの、極低温の特殊設備を必要としない。市販のGPUやFPGAといった汎用半導体を使い、組合せ最適化を高速に解ける。そのため、今すぐ実社会の課題解決に適用できる実用性を持つ。

100倍高速化、実現の仕組み

　東芝はこれまでにも計算を高速に行う量子インスパイアード組合せ最適化計算機向けの独自アルゴリズムを開発してきたが、扱う問題の規模が大きくなると壁にぶつかっていた。それは、計算の途中でそこそこ良い答え（局所最適解）を見つけると、そこで満足して探索が止まってしまい、一番良い答え（大域最適解）を見つけるまでに何度も計算をやり直さなければならないという課題だ。

　今回開発した第3世代のアルゴリズムでは、この弱点を解決するため計算のコントロールに「カオスの縁」と呼ばれる状態を取り入れた。計算のプロセスにおいて、規則的でおとなしい動きと、不規則で予測不可能な動き（カオス）のちょうど境界線にあたる状態を意図的に作り出すというアプローチだ。

規則的な動きからカオスへ移行し、その境界「カオスの縁」付近で成功確率がほぼ100%へ跳ね上がることを示すグラフ

　カオスの縁の働きによって、計算機が局所最適解のわなにはまっても簡単に抜け出せるようになり、大域最適解へとたどり着く成功確率がほぼ100％にまで跳ね上がった。

　実際にこの新しい仕組みを組み合わせて検証した結果、最適な答えに到達するまでの時間が、従来の第2世代と比べて10〜100倍の高速化を実現している。

各ベンチマークにおける第3世代SBMと第2世代SBMの解到達時間（TTS）の比較

　これにより、物流の効率化や最先端の医療研究など、膨大な計算能力が求められる幅広い社会課題の解決がさらに前進すると期待されている。

Source: H. Goto, R. Hidaka, and K. Tatsumura, “Edge-of-chaos-enhanced quantum-inspired algorithm for combinatorial optimization,” Physical Review Applied, vol. 25, no. 044011, Apr. 2026. [Online]. Available: https://doi.org/10.1103/2qd9-x6v8