ハイパーネットワーク別府湾会議2023

NECが取り組む量子コンピューティング技術
2024年2月2８日
NEC セキュアシステムプラットフォーム研究所
白根 昌之© NEC Corporation 2024

目次
◆ 量子技術への期待◆ 量子コンピューティング技術の分類◆ NECの取組み◼超伝導技術を利用する量子ゲートおよび量子アニーリングマシン開発◼疑似量子アニーリングマシンを活用した事例紹介

量子技術への期待量子技術とは？
⚫ 量子技術は「量子の持つ特異性質や振る舞いの物理法則」を利用した技術の総称⚫ 「社会に劇的な変化をもたらすゲームチェンジャー」として注目されている

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量子コンピューティング技術

量子センシング技術

量子通信・量子暗号技術

計算単位「量子ビット」が量子状態が環境変化に影響

光の最小単位「光子」が０でもあり１でもあるされやすいことを逆手にとり、それ以上分割できない等の「重ね合わせ」の状態等を活用し、時間や物理量(磁気・温度等)の性質を利用し、超高速・超並列処理を実現

微小な変化を計測

絶対安全な暗号化通信を実現© NEC Corporation 2024

量子技術の産業化をめぐる動向

出典：Q-STAR公開資料より引用

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一般社団法人量子技術による新産業創出協議会（Q-STAR）
2021年9月1日発足後、2022年5月9日一般社団法人となり、量子技術の応用を通じた中長期的な新産業を創出するために、産業及び企業の枠を超え、グローバルな視点での活動を推進中。NECは全部会へ参加し、企業の皆様とユースケースの創出に取り組んでいます。

※Q-STAR HPより引用
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部会活動

⚫ 量子波動・量子確率論応用部会⚫ 量子重ね合わせ応用部会 リーダー企業として参加⚫ 最適化・組合せ問題に関する部会 副リーダー企業として参加⚫ 量子暗号・量子通信部会⚫ クオンタムシティ推進部会

ワーキンググループ⚫ 政策提言ワーキンググループ⚫ 標準化連携/提案ワーキンググループ⚫ テストベッド連携ワーキンググループ リーダー企業として参加⚫ 研究開発連携ワーキンググループ⚫ 海外産業連携ワーキンググループ⚫ 長期ロードマップ策定ワーキンググループ⚫ リーガル＆コンプライアンスワーキンググループ⚫ 人材育成ワーキンググループ
注1：富士通と共同

注1

量子コンピューティングの社会実装に向けた取り組み
2020-2021

1999 世界初
固体素子
量子ビットの動作実証を成功〈Nature誌掲載※1〉

シミュレーテッドアニーリング・量子アニーリングを活用し応用研究を加速2030
量子アニーリングとゲート方式による課題解決モデルの提供を目指す

大規模な問題に対応するアニーリングマシンの提供を開始

2040～

2023 NEW
東北大学へインターネット経由で提供。東北大学とNECで将来のコンピュータシステムに関する共同研究を開始

ゲート方式実現を見据えた
MOONSHOTプログラムを推進※2※1：Y. Nakamura et al., Nature 398, 786 (1999) ※2：これは、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）の委託業務の成果を一部活用しています。
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量子コンピューティングの分類
量子コンピューティング(量子の振る舞いを取り入れたものを含む広義）

量子ゲート

アニーリングマシン

従来コンピュータのビットを量子ビットに置き換え計算する手法

イジングモデルを物理法則などを利用して解く組合せ最適化問題に特化した手法

量子(冷却原子)
分子研

QuEra

量子(イオントラップ)
QuantinuumIonQ

量子(超伝導)NEC

2040年の実用化を目指し研究開発中(MOONSHOTプログラム)

理研

IBM

量子(超伝導)Google商用サービスを展開。
NECと協業D-WaveNEC

NEDOの支援を受け、素子を開発中

疑似量子(デジタル回路、NTTのみ光回路)

NEC

日立

富士通

東芝

NTT

2021年9月よりベクトルコンピュータベースのオンプレ提供開始。11月からサービス提供を開始※NEC調べ（紙面の都合上、必ずしも全ての研究機関を網羅しているわけではありません）
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量子ゲートマシンができること

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暗号解読

創薬・新素材開発

金融シミュレーション

量子機械学習アニーリングマシンができること
普通の計算アルゴリズムが苦手としている「組合せ最適化問題」を効率的に解く「組合せ最適化問題」とはナップサック問題
なるべく甘いお菓子を詰めるには？

膨大な選択肢の組合せから、制約条件を満たし評価関数を最小/最大化する組合せを見つけること
巡回セールスマン問題
札幌

全都市を短時間で周回or最小コストで周回

1H 3万円1.5H 4万円
4時間間隔
5時間間隔
1H 1万円
1時間間隔

金沢
4H 1万円
1時間間隔

2.5H 3万円
6時間間隔
仙台
3H 1万円
1時間間隔 1H 1万円

1時間間隔

300mlのバッグ

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名古屋 1.5H 1万円 東京
0.25時間間隔

勤務シフト問題
労働条件、必要人数、勤務希望、相性、バランス等すべての条件を満たすパタンを求める

NECの取組み
超伝導技術を利用する
量子ゲートマシンと量子アニーリングマシン

誤り耐性型汎用量子コンピュータ
ムーンショット目標６：2050年までに、経済・産業・安全保障を飛躍的に発展させる誤り耐性型汎用量子コンピュータを実現
https://www8.cao.go.jp/cstp/moonshot/sub6.html

プロジェクトマネージャ
NECセキュアシステムプラットフォーム研究所
主席研究員 山本 剛
https://ms-iscqc.jp/

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【量子アニーリング】

超伝導量子アニーリングマシン実用化に向け量子アニーリング素子の開発を牽引しています
超伝導量子アニーリングマシン（モックアップ）
外部装置

制御入力

読出し出力

外部装置

常温～数 K
数百 mK～ mK（≒-273℃）※これは、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）の委託業務の成果を一部活用しています。

支援参加団体NEC (副代表、事業化・実用化責任機関)
NEDO
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産業技術総合研究所(代表)東京工業大学 / 早稲田大学 / 横浜国立大学 他

NECが取り組む
量子アニーリング素子（マシンの心臓部）

【量子アニーリング】

直近プレスリリース
新開発の8量子ビット量子アニーリングマシンを利用して東北大学とNECが将来のコンピュータシステムに関する共同研究を開始

https://jpn.nec.com/press/202306/20230628_01.html

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NECの取組み
疑似量子アニーリングマシンを活用した事例

量子コンピューティングの分類
量子コンピューティング(量子の振る舞いを取り入れたものを含む広義）

量子ゲート

アニーリングマシン

従来コンピュータのビットを量子ビットに置き換え計算する手法

イジングモデルを物理法則などを利用して解く
組合せ最適化問題に特化した手法

量子(冷却原子)
分子研

QuEra

量子(イオントラップ)QuantinuumIonQ

量子(超伝導)NEC

2040年の実用化を目指し研究開発中(MOONSHOTプログラム)

理研

IBM

量子(超伝導)Google商用サービスを展開。
NECと協業D-WaveNEC

NEDOの支援を受け、素子を開発中

疑似量子(デジタル回路、NTTのみ光回路)

NEC

日立

富士通

東芝

NTT

2021年9月よりベクトルコンピュータベースのオンプレ提供開始。11月からサービス提供を開始※NEC調べ（紙面の都合上、必ずしも全ての研究機関を網羅しているわけではありません）
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身近なところで始まっている取り組み

広告/公共/インフラ製造

通信基地局制御

生産計画

監視センサー制御

交通/物流

金融

素材開発/創薬

配送計画

カード不正検知

実験パラメータ探索

積荷配置
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保守部品の配送効率最適化の取り組み

NECフィールディング

配送時刻やエリア、手段など膨大な組み合わせから、最適な配送計画を自動で立案
背景・課題

量子アニーリング

最適な配送計画を自動で立案
配送効率を〇〇区
緊急対応

最適化モデル△△区入力□□区

定期保守

出力

約２０％向上

▽▽▽区
〇▽市

時間指定

…

…

…

…

配送時刻

配送エリア

部品の種類

配送手段

首都圏の保守作業は一日に数百件
効率的な配送計画を立案可能な人材が限定的

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アニーリングマシン
NEC Vector Annealingサービス

10753 通りの膨大な組合せを解決

CO2削減や配送計画立案の属人化解消

生産計画最適化の取り組み

NECプラットフォームズ

複雑な生産計画立案の自動化に成功
生産条件

量子アニーリング

生産順をナビ⚫ 部品

製造 段取り⚫ 設備設定
⚫ 納期

入力

変更前

A

変更後

A

A
→B

A
→C

⚫ 1ラ イ ン で 1 日
多品種少量生産
組合せ多数
属人化

段取り 製造
B
→C

B

C

C→B

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B

段取りを最小化
アニーリングマシン
NEC Vector Annealingサービス

4×1030 通りの膨大な組合せを解決

50%削減
設備稼働率 15%向上
立案工数
90%削減
段取り工数

2023年3月より本格導入
19C

出力⚫ さまざまな制約条件

30 品種の生産計画

製造