ビジネス活用における量子コンピュータの勘どころ～ 将来に向けて今取り組むべきことは何か ～2019年6月27日
株式会社ザイナス
イノベーション事業部
量子計算コンサルタント
畔上文昭

株式会社ザイナス
量子計算コンサルタント

畔上文昭（あぜがみふみあき）
1967年9月生まれ。金融系システムエンジニアを約7年務めて、出版業界に。月刊ITセレクト（中央公論新社発行）、月刊e・Gov（IDGジャパン発行）、月刊CIOMagazine（IDGジャパン発行）の編集長を歴任。2015年2月から、2017年12月まで週刊BCN編集長（十代目）。2019年6月より現職。著書に「電子自治体の○と×」（技報堂出版）。趣味はマラソン。自己ベストは、3時間9分51秒（2018年12月）。

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お笑い芸人のランナーズ、小宮ひろあきさん

さのマラソン、オフィシャルページより

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さのマラソンの高低図

最適解
さのマラソン、オフィシャルページより

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株式会社 ザイナス

事業内容
・コンピュータソフトウェア開発
・各種パッケージ販売
・ITエンジニアソリューション
・Webソリューション
・産学官連携による共同研究開発
・ホームページ制作
・企業コンサルティング業•設 立：2000年5月1日•資本金：7,200万円•社員数：158名（2019年1月1日現在）•代表者：代表取締役社長 江藤 稔明

http://www.zynas.co.jp■大分本社〒870-0839 大分市金池南1丁目5番1号コレジオ大分5階
TEL 097-547-8639■東京本社〒105-0013 東京都港区浜松町2丁目6番2号 浜松町262ビル5階
TEL 03-6435-8430■福岡支社〒812-0013 福岡市博多区博多駅東1丁目14番25号 新幹線ビル2号館5F
TEL 092-409-9130

4今日のお題

ビジネス活用における量子コンピュータの勘どころ～ 将来に向けて今取り組むべきことは何か ～量子コンピュータの開発競争が激化して日進月歩の状態にありますが、ビジネスでの活用となると、様々な課題が見えてきています。ただ、量子コンピュータの一種である
アニーリングマシンについては、ビジネスでの活用が動き始めています。本セッションでは、量子コンピュータの現状と、アニーリングマシンを活用したビジネスの最前線についてご紹介します。

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5Volkswagenによる実証実験
Traffic flow optimization using a quantum annealer

通常の場合の渋滞状況

2017.9

出典：
Volkswagen

量子コンピューターの活用で渋滞回避

データ（AIの活用） ＜ アルゴリズム（量子計算）
世界を変えるのはデータではないかもしれない

ならば
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量子コンピュータとはこれまでのコンピュータ

・０か１か量子コンピュータ

・０と１の両方ビジネスではさほど重要ではない

主な量子コンピュータ

・量子ゲート方式（汎用）・NISQ（現時点の量子ゲートマシン）
・量子アニーリング方式（組み合わせ最適化）

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これらをどう使うかが重要
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主要各社の取り組み
ゲート方式

アニーリング方式（イジング方式）
デジタル回路
富士通

日立

東芝

光回路

超電導回路

超電導回路

イオントラップ

マヨラナ
粒子

NTT

D-WaveIBM、Google、アリババ、
Rigetti など

IonQ

マイクロソフトNEC

疑似量子コンピュータ

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量子コンピュータ

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量子ゲート方式のビット数
IBM ⇒ 50量子ビット（開発中）
グーグル ⇒ 72量子ビット（2018年3月）
インテル ⇒ 49量子ビット（2018年1月）
アリババ ⇒ 11量子ビット（2018年3月）
リゲッティ ⇒ 128量子ビット（2018年9月）
マイクロソフト ⇒ ？（マヨナラ粒子）
IonQ ⇒ 160量子ビット（2018年12月）（イオントラップ型）

出典：IBM※アニーリングマシンは、ほぼ2000量子ビット以上

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9アニーリングマシン
D-Wave Systems⇒

2048量子ビット※5000量子ビットで2020年出荷予定

富士通⇒ 8192（量子）ビット（※諧調：64ビット（1845京））

※日立
※NEC⇒

10万2400（量子）ビット（4096ビット×25）
名刺サイズも発表（6万ビット）⇒ 2023年に製品化

D-Wave2000Q

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デジタルアニーラ

名刺サイズCMOSアニーリングマシン10

アニーリング方式
・アニーリング ＝ 焼きなまし・組み合わせ最適化問題に特化⇒ 最適解を計算
・商用サービスとして現時点で利用可能

計算処理イメージ
最適解
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11計算結果イメージ

出処：富士通https://www.fujitsu.com/jp/services/knowledge-integration/insights/20180611-02/

サンプリングマシンとして尤度を求める
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12定番の活用シーン

交通渋滞の解消

物流コストの最適化

電力送電網

ポートフォリオ
最適化

最適な分子構造

IoTや人工知能（AI）（ナップザック問題）

このほかにも、組み合わせ最適化の課題は数多く存在する
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13アニーリングマシンの活用で必要なノウハウとビジネス・社会問題やビジネス課題の定式化
・数学の知識ビジネス課題組み合わせ最適化問題
として定式化

アニーリング
マシンで計算計算結果を検証

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この流れで、まずはPoCを実施

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14一般化した数式
二次式で表現されたエネルギー式

𝐻 𝑥 = ー ෍ 𝑄𝑖𝑗𝑥𝑖𝑥𝑗ー ෍ ℎ𝑖𝑥𝑖
𝑖<𝑗𝑖

𝑄𝑖𝑗：量子ビット間の相互作用（精度（諧調））ℎ𝑖：外部磁場係数（局所磁場）
𝑥 ：バイナリ変数（量子ビットに相当）
この H（ハミルトニアン）を最小化する組み合わせを求める

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15アニーリングマシンで必要な数学の勘どころ

𝑥 1+𝑥 2=1𝑥 𝑥

左記の等式を満たすバイナリ変数 1、 2を量子アニーリングで計算

𝐻 = (1 − 𝑥1 + 𝑥2 )2 ※条件を満たすときに0（最小値）=1－2(𝑥1 + 𝑥2 ) + (𝑥1 + 𝑥2 )2=1－2𝑥1 －2𝑥2 + 𝑥1 2 + 2𝑥1 𝑥2 + 𝑥2 2
=1－2𝑥1 2－2𝑥2 2 + 𝑥1 2 + 2𝑥1 𝑥2 + 𝑥2 2◆「Wildqat」（MDR）のシミューレータで3回実行=1－𝒙𝟏 𝟐－𝒙𝟐 𝟐＋2𝒙𝟏 𝒙𝟐→𝑥1 𝑥2−10QUBO =http://www.zynas.co.jp

2−1−10𝑥1𝑥22−116

数独を解く(1) 一つのマスには1～9のいずれかの数字が入る
9𝑥𝑖𝑗𝑘：マスijの値がkのとき1、そうでないとき0𝛼 ෍( ෍ 𝑥𝑖𝑗𝑘 ￣1)2𝑖𝑗

α：ペナルティ係数𝑘=1(2)各列には同じ数字が複数入ってはいけないj9𝛼 ෍ ෍(෍( 𝑥𝑖𝑗𝑘 ￣
𝑘=1 𝑗

k=1
k=2
k=3
k=4
k=5
k=6
k=7
k=8
k=9i1)2𝑖(3)各行には同じ数字が複数入ってはいけない
9𝛼 ෍ ෍(෍( 𝑥𝑖𝑗𝑘 ￣1)2
𝑘=1 𝑖

𝑗(4)3×3各行には同じ数字が複数入ってはいけない
922𝛼 ෍ (෍ ෍( 𝑥（𝑖＋𝑢）（𝑗＋𝑣）𝑘 ￣1)2
𝑘=1𝑗527𝑖(5)ヒントとして配置される数字の条件を守る

8333942𝛼 ෍ (1￣𝑥𝑖𝑗𝑘 )8556798923826589
1329912ℎ𝑖𝑛𝑡

目的関数

64365528

𝐻 𝑥 = ((1)+(2)+(3)+(4)+(5))
この H を最小化する

𝑥𝑖𝑗𝑘 ∈{0,1} (I,j,k=1..9)

http://www.zynas.co.jpの組み合わせが解17

アニーリングでQビジネス
・月単位の時間貸し⇒ ex.1時間数30万円

・アニーリングでは、1回の処理が数ナノ秒⇒ 月間で1時間も使いきれない

量子計算コンサルティング、量子計算BPO

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ビジネスへの適用事例
旅行予約サイト「じゃらん」
北側エリア
シティホテル北側エリア
シティホテル北側エリア
シティホテルA

人気順の表示
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北側エリア
シティホテル

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ビジネスホテル

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ビジネスホテル

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ビジネスホテル

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北
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シティホテルシティホテルシティホテルシティホテル
ビジネスホテル
ビジネスホテル
ビジネスホテル
ビジネスホテル

多様性を加えた結果
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北
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北
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シティホテル
ビジネスホテル
シティホテル
ビジネスホテル
ビジネスホテル
シティホテル
ビジネスホテル
シティホテル

出典：リクルートコミュニケーションズ

南側エリア
ビジネスホテル

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RedGate Valley
東大赤門界隈で盛り上がる
量子コンピュータビジネス

QunaSys

Jij

春日通り

MDR

本郷通り

ザイナスはMDRのビジネスパートナーです

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今日のまとめ・現時点で実用的なのはアニーリングマシン
・アニーリング方式では、デジタル回路のマシンも提供されている
・数学の知識と、慣れが必要
・組み合わせ最適化問題は、どこにもある・Qビジネスはこれから（ブルーオーシャン）

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ご清聴、ありがとうございました。

株式会社ザイナス
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畔上文昭