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超電導パラメトロン素子を用いた量子アニーリングマシンの研究開発

2019年 5月 20日

日本電気株式会社 中央研究所

中村 祐一

NEDOプロジェクトにおける共同開発機関

東京工業大学、早稲田大学、横浜国立大学

産業技術総合研究所、大阪大学

国立研究開発法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）

『高効率・高速処理を可能とするAIチップ・次世代コンピューティングの技術開発』 プロジェクト

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NEDOプロジェクトにおける狙い

▌量子アニーリング原理と固体量子ビット技術の組合せ

アニーリング方式：組合せ最適化問題に特化した計算機。原理は東工大・西森教授らが提案

2011年にD-Waveが商用機を発売

国内では日立と富士通がデジタル回路、NTTがレーザネットワークによるアニーリング方式を発表

NECは世界初のゲート型量子コンピュータ向け固体量子ビットを実現

1999年：1ビット素子実証

2003年：量子万能計算実証

2008年：量子ビット高精度読取実証

2014年：超電導パラメトロン動作実証

NECがゲート方式で培った量子ビットの製造・動作ノウハウと、東工大の原理、参加機関のアイディアを集結し、他方式と比較して2～3桁優れた量子アニーリングシステムを開発

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本研究開発の位置づけ

「本格的」量子アニーリングコンピュータの実現

▌従来技術の延長ではなく、量子性を極力活用

▌目標は、高い量子性と高解像度を持つ全結合素子

大規模な最適化問題、量子シミュレーションを1秒以下で解決

最適解からのエラー

時間

非量子(並列性小)

~1/log

~1/tn量子(並列性大)

閾値

量子性による高速化

量子重ね合せによる並列性を増大

高速に最適化問題が解ける可能性

結合解像度を多ビット化

現実に近い(詳細な)問題設定が可能

強 弱強 弱 強 弱

都市全体のモバイル網のリアルタイム最適化

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研究分担

大規模化・拡張性

• 3次元実装によりスケールアップ

• 制御用低温エレクトロニクス

システムアーキテクチャ性能評価

• マシン設計最適化• システム性能シミュレーション

高速化

• 量子効果を生かす高コヒーレンス量子ビット

• 量子ビット結合方式・理論

イジングマシン共通ソフトウェア基盤の研究開発

緊密に連携

高コヒーレンス超電導パラメトロンアニーリング素子の研究開発

3次元実装技術の研究開発

量子アニーリング機構の設計最適化技術に関する研究開発

シミュレーションによる量子アニーリングの性能評価の研究開発

早稲田大

NEC・産総研

NEC・産総研

NEC・阪大

多体相互作用の高効率な表現方法の研究開発

東工大

Pumpωp, Pp

Output Signalωp/2, Pout

Input Signalωs, Ps , θs

量子磁束回路を用いた量子ビット用制御・読出し回路の研究開発

横浜国大

早大・戸川教授ら

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出口イメージ

「私の病気に理想的な特効薬」・原材料の最適配合・分子の結合・活性をシミュレーション

病気の心配・リスクの軽減

個々人への理想的な商品の提供

気付かなかった「お得」を最大化・出費を最小にする買い物の組合せ・この瞬間に理想的なポートフォリオ

「気が利く」街づくり・人×人、人×仕事マッチング・道路計画・メンテナンス計画最適化

理想的な街づくり

理想的な交通サービス

理想的な経路誘導、交通制御を実現・最適な経路誘導・信号、ダイヤ、配車の最適制御

物流ルート最適化、製造工程最適化、電力網最適化、

業務リソース最適化、電波資源最適化、投資最適化、創薬、素材合成

…etc

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