日本勢も名乗り、量子コンピュータ向けソフト開発が激化

　コンピュータはソフトが無ければただの箱――。この原則は量子コンピュータでも変わらない。むしろ今後の10年ほどは、ソフトウエアこそが量子コンピュータの命運を握っている。大手企業やスタートアップの動向を交えて解説しよう。

　量子コンピュータにとってソフトウエアが重要極まりないのは、今後数年以内に登場する「NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer、ノイズがありスケールしない量子コンピュータ）」と呼ぶ量子コンピュータの性能が、理論的に証明されていないからだ。

　現在のコンピュータを上回る性能を発揮できると証明されているのは、量子ビットのエラー訂正ができる「万能量子コンピュータ」だけ。しかし万能量子コンピュータの実現には、まだ時間がかかると見られる。

化学、機械学習、因数分解、増えるNISQ用アルゴリズム

　それでもNISQへの期待が高まっているのは、NISQを使って有用な結果が出せる可能性のあるアルゴリズムや、それを実装したソフトウエアが登場したからだ。最も有名なのは「量子化学シミュレーション」をNISQで実行するVQE（Variational Quantum Eigensolver）というアルゴリズム。ほかにも続々登場している。

　例えば、NISQを使って最適化問題を近似的に解くQAOA（Quantum Approximate Optimization Algorithm）、ニューラルネットワークを使った機械学習をNISQで実行する量子回路学習（Quantum Circuit Learning）やQNN（Quantum Neural Networks）などがある。

　量子回路学習だけ日本語なのは、このアルゴリズムを考案したのが日本人研究者チームだからだ。論文の著者は、大阪大学大学院の学生である御手洗光祐氏と根来誠助教、北川勝浩教授、京都大学の藤井啓祐特定准教授の4人だ。

　さらに2018年8月27日（米国時間）には、VQEを考案したことで知られる研究者、アラン・アスプル＝グジック（Alan Aspuru-Guzik）氏が起業したスタートアップ、米ザパタコンピューティング（Zapata Computing）が、NISQで因数分解をするアルゴリズムVQF（Variational Quantum Factoring）を発表した。量子コンピュータで因数分解をするアルゴリズムとしては「ショアのアルゴリズム」が有名だが、ついにNISQ版が登場した。

NISQの使い道を発見するフェーズ

　繰り返しになるが、これらのアルゴリズムが高速に問題を解けるかは、まだ理論的（数学的）に証明されていない。「今後しばらくは、NISCのヒューリスティックな用途を探るフェーズになる」。IBMで量子コンピュータ開発のマネージャーを務めるジェリー・チョウ（Jerry Chow）氏はそう表現する。

　ヒューリスティック（Heuristic）とは、発見的という意味。どんな問題であればNISQで効率的に解けるのか、様々な試行錯誤によって発見していく必要がある。そのためには「これまで量子コンピュータに興味を持っていた物理学者だけでなく、コンピュータ科学者や化学者にも量子コンピュータを試してもらうことが欠かせない」（同氏）。