グーグル・量子コンピューターで「超計算」に脚光

　グーグルが10月、「量子コンピュータの計算能力を世界で初めて実証した」と発表し、科学界や産業界が騒然としている(下の写真)。

グーグルのサンダー・ピチャイCEOと量子コンピュータ＝同社提供

　従来のコンピュータは０か1かの2進法で情報を表して計算するが、量子コンピュータは素粒子の「0でもあり1でもある」という特殊な状態を利用して計算する――と言われても大方の人は理解できないので、「最高のスパコンで1万年かかる計算が、たった3分20秒で解ける」という「超計算」の部分が強調されている。

IBMは「NYに量子コンピュータセンター開設」と発表

　これに対し、IBMが「グーグルの発表は大した成果ではない」と抗議している。

　実はIBMはグーグルより9か月早い今年1月、「世界初の商用量子コンピュータ（IBM Q System One）を開発した。ニューヨークに一般利用者も使えるIBM量子コンピュータセンターを開設する」と発表している（下の2枚の写真）。コンピュータ業界の名門として、グーグルの「世界初」という自慢が我慢ならなかったようだ。

IBMの量子コンピュータ＝同社提供

IBMの量子コンピュータ＝同社提供

　写真を見て気付くのは、計算機の本体部分が、両社とも縦型の長い筒状のケースに収められ、よく似ていることだ。

　量子コンピュータにはゲート方式とアニーリング方式があり、両社はともにゲート方式を採用している。同方式は超電導（極低温で電気抵抗がゼロになる現象）を利用するので、全体を強力に冷やす必要がある。このため似た設計になったようだ。

NEC研究員だった中村氏が先駆的役割果たす

　ゲート方式は元々、NEC基礎研究所研究員だった中村泰信氏（現在・東京大学先端科学技術研究センター教授）が発明し、量子ビットが1個という基礎的なコンピュータ素子を作成した。グーグルは今回、53個の量子ビットをつなげたが、IBMは近く56個つなげると表明して競っている。

　両社以外にも、例えば米国防総省傘下の研究機関が1990年代から量子コンピュータを研究している。ところが2000年代にはいると、専門誌への論文発表がぱったり止まり、2018年には「量子情報科学の国家戦略」が策定された。

　東京工業大学の細谷暁夫名誉教授は「どんな暗号でも短時間で解読できる能力は極秘の軍事技術。開発の進展状況を知られたくないのだろう」と推測する。暗号の多くは、スパコンでも解読に長年月かかることをもって「解読不能」としており、これが破られる可能性が出て来るのだ。

　また量子コンピュータはAIとの相性がよく、軍事面だけでなく創薬、素材開発、自動運転、金融などで圧倒的な力を発揮する。日本でも危機感を深めた自民党が量子技術推進議員連盟（会長・林芳正元文部科学相）を発足させ、研究を後押しすることを決めた。

日本は基礎研究でリードするも、実用化で米国に後れ

　もう一つの方式であるアニーリング方式だが、この基礎理論を確立したのは、やはり日本人で、東京工業大学の西森秀稔教授である。

　このように日本は基礎研究でリードしながら、実用化に向けた動きで米国勢にすっかり後れを取ってしまった。

　1990年代のバブル崩壊後のエレクトロニクス産業衰退や、相次ぐ企業の中央研究所廃止などが背景にある。今や研究資金、研究者数で見劣りするため、どこまで挽回できるか楽観はできない。

自然界に溢れている「超計算」のタネ

　さて、自然界に起きる現象を利用する「超計算」（自然計算ともいう）は、量子コンピュータだけではない。現在、様々な研究が進んでいるので、いくつか事例を紹介しよう。

　まず波動計算。空間や物質（媒質という）の中を伝わる振動を波動と言い、媒質中でスピードが変わったり、重ね合わせが起きたり、干渉や屈折、共鳴の現象が起きたりするので、これを計算に使う。日本IBMの片山泰尚氏は、専門誌で波動計算を提案し、年間ベスト論文賞を受けた。

　化学反応については、東京大学教授の萩谷昌己氏が、多種類の分子を試験管の中に入れて振る実験を行った。すると化学反応によって分子同士が様々に結合した。同教授は「化学反応の一つ一つが計算であり、試験管の中で膨大な計算が行われた」と解説する。

　光も超計算に使える。米ウィスコンシン大学は、内部に空気の泡を閉じ込めた小さなガラス板を利用する計算を研究している。光を横から入れると、光は内部で散乱・反射されて反対側から出てくる。入った光と出てきた光を対応させれば、光速度での計算が可能になるという。

　そして生物進化である。生物の遺伝子は突然変異を起こし、環境変化に適したものが生き残る。このプロセスは進化計算と呼ばれ、数学的には「最適化問題」（与えられた条件の下で、多くの選択肢の中から一番良いものを選ぶ問題）を解いているのと同じなのだ。

これまで計算と思っていたものは計算全体のごく一部でしかない

　従来のコンピュータの計算は、1946年に英国の数学者アラン・チューリングが考案したモデル（チューリングマシン）を原型とし、０と1が並んだビット列（2進法）で演算する。この方法が進化して、現在のスーパーコンピュータに至っている。

　一方で、限界も見えてきている。