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量子コンピューティングで信号待ち時間を20%削減--マイクロソフトとJij

阿久津良和

2020-06-22 06:00

 日本マイクロソフトは6月19日、量子コンピューティングに関するオンライン説明会を開催した。Microsoftは、5月にグローバルで行った開発者向け年次イベント「Build 2020」で量子コンピューティングのフルスタック環境「Microsoft Quantum Network」を発表、これに参加するJijおよび豊田通商と交通信号機問題の課題を解決する取り組みを披露している。今回の説明会ではプロジェクトについて紹介が行われた。

 Jijによれば、今回のプロジェクトでは「QIO(Quantum Inspired Optimization:量子着想最適化)」を活用し、従来型の最適化方法と比較して、車両の待ち時間を20%削減できることを証明した。

 量子力学的の特性を利用する量子コンピューティングは、多くの注目を集めてきた。「量子焼きなまし法(量子アニーリング)」ではD-Wave SystemsのD-Wave 2000Qが有名だが、現時点でビジネスに本格活用される状況までには至っていない。だが、量子アニーリングを得意分野とするJijでは、「都市の交通渋滞の緩和や物流コストの最小化、エネルギーの系統安定化といった膨大なデータと演算を必要するため、ビジネスのボトルネックとなっている。これら計算困難な課題を解決するため」(創業者 最高経営責任者の山城悠氏)と、量子技術と組み合わせ最適化を用いてきた。

Jij 創業者兼CEO(最高経営責任者)の山城悠氏
Jij 創業者兼CEO(最高経営責任者)の山城悠氏

 Jijは、2019年8月からKDDI総合研究所や日立製作所とPoC(概念実証)に取り組む。2020年2月には、国内で2社のみというMicrosoft Quantum Network Startupに認定された。同社では量子アニーリングを用いた課題解決プロセスの全体もしくは一部を支援してきた。量子アニーリングプロジェクトは、課題の特定を数理モデリングや「QUBO(Quadratic Unconstrained Binary Optimization)」モデリングとして定式化することに始まり、そこにアルゴリズムの実装を経て、量子コンピューティングによる演算に至る。同社が開発したアニーリングアルゴリズムのクラウドサービス「Jij-Cloud」で一定の自動化が可能だという。

 今回のプロジェクトはJij、日本マイクロソフト、豊田通商の3社の取り組みになる。交通信号機問題という課題に対してJijの山城氏は、「自動車をスムーズに走らせる信号機の点灯(オフセット)パターンに注目した。オフセットパターンを10秒ずつずらしてシミュレーションを実行し、最適なパターンを見つけ出す既存の手法は時間を要する。ほかの量子コンピューティングは複雑にすると(演算に要する)ビット数が増えてしまうが、Azure Quantumは少ないビットで演算できる」と評した。

 これにより待ち時間を計算するシミュレーションも不要になるため、幅広い解の探索が可能になると山城氏は説明する。その結果が車両待ち時間の20%削減だ。交通信号機は都道府県の公安委員会が管理しており、社会実装に向けては座組みのメンバーで議論を重ねている段階だが、山城氏は「大規模な交通ネットワークの改良を継続し、多くの都市において経済と環境面での成果を上げていきたい」と目標を語る。

 また、同社では量子アニーリングをネットワーク構造やガス発電、5G(第5世代移動体通信)関連の最適化に用いることを標榜している。その理由は、「インフラに近いためビジネスや社会環境へのインパクトが大きい」(山城氏)とのことだ。

 Azure Quantumを提供する日本マイクロソフト 執行役員 最高技術責任者 兼 マイクロソフト ディベロップメント代表取締役社長の榊原彰氏は、量子コンピューティングのビジネス活用について、「まだ数値目標などビジネスに活用できる段階ではない。(量子コンピューティングで可能な演算が)合致するソリューション領域の定義や汎用的領域に拡大する道筋を作るのが最初の課題」と現状を語る。それでも同社は量子コンピューティングに注力してきた。

日本マイクロソフト 執行役員 最高技術責任者 兼 マイクロソフト ディベロップメント 代表取締役社長の榊原彰氏
日本マイクロソフト 執行役員 最高技術責任者 兼 マイクロソフト ディベロップメント 代表取締役社長の榊原彰氏

 Azure Quantumは、量子コンピューティングソリューションに対するフルスタックのサービスになる。アプリケーション層では、機械学習を担う「Azure Machine Learning」やシミュレーション機能などを提供し、ソフトウェア層には開発者向けの「QDK(Quantum Developer Kit with Q#)」や、1QB Information Technologiesのソリューションを用意している。

 クラウドインフラストラクチャー下のハードウェア層には、自社やパートナー企業の量子コンピューティングをそろえた。なお、Microsoftは自社製トポロジカル(位相幾何学)量子コンピューター「Topological Qubit」が開発段階にあるが、開発者を支援するために量子コンピューティングやQ#による開発を学ぶチュートリアル「Quantum Katas」をGitHubで公開している。

Build 2020で発表されたAzure Quantumの概要(出典:日本マイクロソフト)
Build 2020で発表されたAzure Quantumの概要(出典:日本マイクロソフト)

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