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「国産量子コンピューター」稼働、日本は事業化投資競争の本番を優位に迎えられるか
理研の国産量子コンピューター初号機
理化学研究所が開発してきた国産量子コンピューター初号機が稼働する。２７日に量子コンピューターをクラウドにつなぎ量子計算サービスを始める。企業や大学に提供して技術開発と用途開拓、人材育成を一体的に進める。量子コンピューターへの事業化投資は、２０２０年代後半が本番になると見込まれる。国産機稼働後の５年間で世界の量子コンピューター分野で先頭に立ち、次の投資競争を優位に迎えられるかが問われる。（小寺貴之）
研究結果の効果検証、開発と並行で用途開拓重要
「量子コンピューターを開発するには、実際に使ってもらうことが大切。フィードバックを得て改善していける」―。理研量子コンピュータ研究センターの中村泰信センター長は、２７日に始める「量子計算クラウドサービス」の意義をこう説明する。
クラウドサービスで公開する初号機は超電導方式の６４量子ビット。非商用利用であれば、どんな研究・技術者でも利用申請できる。料金は無料。当面は理研との共同研究契約を通じて利用手続きを行う。国産機は日本の研究者にとって機械の中に手を入れられる数少ない量子コンピューターになる。
量子コンピューターはまだまだ未熟だ。現行のコンピューターに例えるとトランジスタや演算回路が見えてきた段階にあたる。量子ビットを作る物理現象の理解や素子の製造、演算回路の設計、量子アルゴリズム（計算手順）の開発など、解くべき技術課題が山積している。
言い換えると量子物理学からデバイス製造技術、アルゴリズム、サービス開発まで競争原理を変えるチャンスがあり、電子産業を一変させうるポテンシャルがある。これがエマージングテクノロジー（新興技術）の代表格に量子コンピューターが挙げられるゆえんだ。
そのため日本として自由に手を加えて研究できる実機は必須だった。量子ビットの原理解明をデバイス設計に反映させたり、量子ビット操作の精度向上が解けるアルゴリズムを広げたりと、各分野の進歩を国産機に取り入れて効果を検証する。
また、量子ソフトウエアベンチャーのＱｕｎａＳｙｓ（キュナシス、東京都文京区）の楊天任最高経営責任者（ＣＥＯ）が「用途を示すことが求められている」と指摘するように、開発と並行して用途開拓を進めることが重要になる。
用途開拓には工夫が必要になる。例えば科学者ピーター・ショアが考案し、素因数分解に適用できるとして有名な量子アルゴリズムは、オンラインでの暗号化の基盤となっている「ＲＳＡアルゴリズム」の解読に用いられる。これには２０００万量子ビットが必要とされる。
また物性予測などの量子化学シミュレーションには１００万量子ビットは必要だ。このように研究などで活用するために必要な量子ビット数と、現在用意できる量子ビット数との間には開きがある。アルゴリズムの改良で必要となる量子ビット数を１ケタ２ケタと削減することは可能で、その巧拙が問われる。
国産機をテストベッドとして使い倒し、開発者と利用者の双方の人材を増やす好循環を回すことで、工夫を凝らせる体制を整えることが求められる。
超電導方式を採用、量子ビット安定維持
理研は国産初号機に超電導方式を採用した。超電導状態の回路に電流を流して量子ビットを形成する。量子ビットにマイクロ波を当てて操作したり読み出したりする。この回数が量子演算の回数に相当するため、量子ビットを安定して維持できる時間が重要になる。
中村センター長が１９９９年に世界で初めて超電導量子ビットを実現した際は１ナノ秒（ナノは１０億分の１）と短かったが、現在は１ミリ秒程度まで安定化する技術が出てきた。数千回から１万回ほど操作する時間がある。
国産初号機では４個の量子ビットを基本単位として読み出し共振器やフィルター共振器を配置。２センチメートル角のシリコン基板上に８×８個の６４量子ビットを集積したチップを設計した。このうち約５０個で量子ビットを作ることに成功している。量子計算に用いる品質の高い量子ビットは数個に留まる。
集積回路は１０２４量子ビットまでの拡張性を持たせた。チップの裏から信号用探針を当て、マイクロ波を送受信して量子ビットを操作し読み出す。チップに対し垂直に配線したため基本単位を並べるだけで量子ビット数を増やせる。国産２号機の開発に着手しており１００―１４４量子ビットのマシンを２０２５年までに構築する。
投資競争で先頭に、新興技術支える環境を
量子コンピューターが現行のコンピューターを上回る“量子超越”を達成したと米グーグルが１９年に報告し投資競争が過熱した。この後、投資指標として量子ビットが重視されるようになり、各社は開発ロードマップで量子ビットの数を競うことになった。ただ数十量子ビットや４３３量子ビットの装置も開発されたものの、実際に量子計算に活用した論文は数個の量子ビットに留まる。２７個の量子計算機を利用した東大研究者は「数を増やしてもエラーが増す。数個が限界ではないか」と指摘する。
そこでエラーを訂正する論文が発表されている。米グーグルはエラー訂正に用いる量子ビットの数を増やせばエラーが減ることを示し、英科学誌「ネイチャー」に掲載された。ただ中村センター長は「訂正後のエラー率の方が、量子ビット単体のエラー率よりも大きい」と指摘する。実態はエラー訂正による改悪が、数を増やせば緩和されるということだ。中村センター長は「量子ビット一つひとつのエラーを抑えないとエラー訂正は難しい」とし、数を追うよりも前に質を高める必要があると説く。
こうした状況で米国のベンチャー市場が揺れている。量子コンピューターの一種で限定問題に特化した「量子アニーラー」の開発で最も進んでいたカナダ・Ｄ―Ｗａｖｅは、株価が低迷し、ニューヨーク証券取引所から上場基準に満たないと通知された。すぐに上場廃止になるわけではないが対応が迫られる。
海外での投資競争を横目に日本は基礎研究に投資してきた。超電導方式に加え、イオントラップや半導体、光量子方式など量子コンピューターの基礎研究は充実した。日本の産業界はリーズナブルに量子技術の趨勢（すうせい）を見極めてきたとも言える。
重要なのは２０年代後半にくる次の投資競争で先頭に立つことだ。経済産業省の堀部雅弘研究開発調整官は「２７年がマイルストーンになる」と指摘する。方式の絞り込みと量子ビットの質の確立、規模の拡大が見えてくる。
次は研究開発でなく事業化の投資競争になると見込まれる。この時までに量子人材の層を厚くし、事業導入の実証環境を整え、ユーザーの見識も蓄えておく必要がある。国産初号機と共に、この５年間で何を仕込むかが問われている。
これより以下は「日刊工業新聞」の記事ではありません。
2023.4.15（N）
10年以上前から期待をしていた量子コンピューターと人工知能の進化と組み合わせが、ようやく実用化の範疇に入ってきたと感じる今日この頃です。
現在のスーパーコンピュータの1億倍以上の速さで情報を処理する能力を誇る世界最先端の量子コンピュータも東京大学へ設置され、産学共同でさまざまな実験と実用化を進めるための研究開発が本格的に始まりつつあります。
量子コンピュータの安定性はまだ完全なものではないと言われていますが、今後さらに量子コンピュータのスペックが強化され安定性を確実なものにしていき、同時並行して人工知能が劇的に進化したその先には、これまでの既成概念と価値観では想像できない新しい未来が始まると考えています。
SFチックなイメージを抱きますが、例えるならば石器時代の「石斧」を手にした人類という雰囲気でしょうか。
大きな時代の節目にあるなかで未来をイメージすることは意味の無いことかもしれませんが、以下のようにchatGPTに今後のことについて以下のように質問してみました。
量子コンピュータと人工知能の「革命的な組合せ」が、今後人間社会をどのように変化させる「可能性」があるのか、またその目指す方向性についてchat GPTに尋ねてみました。（K）
（注）
※「 chat GPT」の回答は、同じ質問を繰り返しても同じ回答にはならないようです。
※「→」と「>」の記号は、読みやすくするために付け、回答には「改行」が多く含まれていたため改行は削除しました。
※一定文字数を超えると回答が細切れになる場合は、「続けてください。」という催促をしています。
※回答の日本語が理解できないおかしな部分がありますが、これはchatGPT（3.5）の日本語対応が完全でないためだと考えられますが、回答原文そのまま掲載しています。
【Q】◆【K】
「量子コンピュータ」と「人工知能」という「革命的な組み合わせ」が進化発展していくことで、人間の負担が大きく軽減され、人に優しくなるであろうという仕事をあげ、中学生が理解できるようにそれぞれがどのように変化していくのか、独自の考えで構いませんので簡単明瞭に解説してください。
◆【chat GPT】
→教育分野：人工知能や量子コンピュータを活用した教育が増えることが予想されます。 例えば、自動化されたチューターシステムにより、学習者が自己学習を行うことが可能になると考えられます。
→交通分野：自動運転車が普及することにより、ドライバー不要のタクシーやバスなどが増え、交通の自動化が進むことが考えられます。
→農業分野：農業における自動化が進み、農作業の効率化が進むことが予想されます。例えば、自動化された収穫機械や農薬散布機器などが登場することが考えられます。
→製造業分野：自動化された工場が増え、生産ラインの自動化が進むことが予想されます。 例えば、ロボットによる組立作業や検査作業が増えることが考えられます。
→環境分野：人工知能や量子をコンピュータ活用した環境監視システムが登場し、自然災害の早期警戒や環境汚染の警戒などが自動化されることが考えられます。
＞しかし、同時に新たな技術や産業が生まれ、人間がより多様な働き方を選択することが可能になると考えられます。
◆【K】
続けてください。
◆【chat GPT】
→医療分野：人工知能による診断や治療支援システムの導入により、医療現場における医師や看護師の負担が軽減されることが考えられます。登場することが予想されます。
→融資分野：人工知能や量子コンピューターを活用した金融商品の自動取引システムが増え、投資家の取引における負担が軽減されることが考えられます。
→マーケティング分野：人工知能による顧客分析やマーケティングの自動化が進み、企業が顧客ニーズに応えることがより効率的になることが予想されます。
→法律分野：人工知能による契約書の自動生成や法律アドバイスの自動化が進み、弁護士の業務が変化することが考えられます。
→分野メディア：人工知能による記事作成や動画編集の自動化が進み、報道のスピードが速まる、ジャーナリストや編集者の役割が変化することが予想されます。
＞これらの変化により、新たな技術や産業が生まれ、人間がより多様な働き方を選択することが可能になると考えられます。あるため、教育や再就職支援などが重要になると断言します。
◆【K】
続けてください。
◆【chat GPT】
→農業分野：人工知能による農作物の収穫や育成の自動化が進み、農家の作業負担が軽減されることが予想されます。
→教育分野：人工知能を活用した教育支援システムが登場し、ラテンの生徒に合わせた最適な学習支援が提供されるようになることが考えられます。
→不動産分野：人工知能による不動産査定の自動化が進み、不動産会社や銀行などの業務が変化することが予想されます。
→交通分野：知能や量子コンピュータを活用した交通制御システムが登場し、交通渋滞の軽減や自動運転車の普及が進むことが予想されます。
→スポーツ分野：人工知能によるスポーツの分析やトレーニングの自動化が進み、選手のパフォーマンス向上につながることが期待されます。
→観光分野：人工知能による観光案内や旅行プランの提供が進み、観光客の旅行体験がより充実したものになることが考えられます。
→経営分野：人工知能によるビジネスプロセスの自動化が進み、企業の業務効率が向上することが予想されます。
→エネルギー分野：量子コンピュータを活用したエネルギー効率の高いシステムの開発が進み、エネルギーの有効活用が進むことが期待されます。
→ゲーム分野：人工知能によるゲームAIの進化や、コンピュータ量子を活用したゲーム開発が進み、よりリアルなゲーム体験が提供されることが期待されます。
→宇宙分野：量子コンピュータを活用した宇宙探査や衛星開発が進み、宇宙開発の進歩につながることが期待されます。
＞これらの分野において、量子コンピュータと人工知能の進化がもたらす変化は非常に大きく、人々の生活や身近な分野にも多く関わることができるため、将来的には自分たち自身がこれらの技術を学び、活用することが求められるかもしれません。
そのため、今後は新たな価値を生み出す仕事や産業の創出が必要とされ、社会全体でその取り組みを進めてまた、これらの技術の進化が進む、倫理的な問題や社会的な課題が浮き彫りになることも考えられます。目を向け、適切な取り組みを進めていくことが重要です。
◆【K】
続けてください。
◆【chat GPT】
加えて、以下のような変化が予想されます。
→弁護士：人工知能による法律データベースが開発され、過去の判例や法律文書を分析することで、法律家が行っていた調査や書類作成などの業務が自動化されることが考えられます。
→医師：人工知能による医療診断システムが登場し、病気の診断や治療方針の決定、薬剤の選択などが自動化されることが予想されます。
→会計士：人工知能による自動会計システムが登場し、人間が行っていた帳簿の作成や経理処理などが自動化されることが予想されます。
→投資家：量子コンピュータを利用して、即時なデータを解析し、株価予測や投資先の選択などが自動化されることが考えられます。
→研究者：量子コンピュータを利用して、分子の構造や反応機構の解析、物質の設計などが自動化されることが予想されます。
→人工デザイナー：知能による自動デザインシステムが登場し、ロゴや広告の制作、Webサイトのデザインなどが自動化されることが考えられます。
→プログラマー：人工知能による自動プログラミングシステムが登場し、ソフトウェアの開発や保守などが自動化されることが予想されます。
→メディア業界：人工知能による自動記事生成システムが登場し、ニュース記事やコンテンツの制作、編集などが自動化されることが考えられます。
→販売員：人工知能による自動販売システムが登場し、顧客の購買履歴や行動パターンを分析し、商品の推奨や販売戦略の立案などが自動化されることが考えられます。
→コンサルタント：人工知能による自動分析システムが登場し、ビジネス分析や経営戦略の立案などが自動化されることが予想されます。
＞これらの仕事が自動化されることにより、人間が行っていた作業が劇的に減少することが考えられます。人工知能や量子コンピューターが提供する情報処理の助けを受けることで、より高度な業務に集中することができるようになると考えられます。
◆【K】
これまでの回答から考えて、人間と人工知能の能力が協力しながら新しい未来を創り出すことは、日本が進めているプロジェクト「ソサエティー5.0（Society 5.0）」の大きな推進力になると考えられるのですが、どうでしょうか？
◆【chat GPT】
はい、その通りです。Society 5.0は、人工知能やロボット技術、IoTなどの最先端技術を活用することで、社会や経済をより効率的に、そしてより持続可能なものにすることを目指しています人間と人工知能が協力することで、より高度な問題解決や、より洗練されたサービスや製品の開発が可能となります。Society 5.0は、そのような人間と人工知能の共存・協力を進めることで、新たな産業の創出や、社会課題の解決など、多くの可能性を秘めています。
また、Society 5.0は、デジタル技術を活用した社会実験や、地域コミュニティの再生、高齢化社会への対応など、様々な取り組みを行っています。そのため、Society 5.0は、日本の未来を担う重要なプロジェクトとして注目されています。
人間と人工知能の能力が協力しながら新しい未来を創り出すことは、社会の発展に大きく貢献することができると考えられます。Society 5.0は、そのような未来を目指すプロジェクトの一つであり、世界中で注目を集めています。
◆【K】
どうもありがとう。
◆【chat GPT】
何か他にお力になれることがありましたら、いつでもお気軽にお問い合わせください。
以上、
2023.4.15（N）
