BaySpo 736号(2005/09/09)掲載
驚異の新時代コンピュータ技術
〜スパコンを圧倒する最先端科学の量子コンピュータ〜
ジェトロ・サンフランシスコ・センター 星野 岳穂
星野 岳穂 (ほしの たけお)

1962年生まれ、東京都出身。1987年通商産業省(現 経済産業省)入省、電子機器課、地球環境対策室、航空機武器宇宙産業課、原子力産業課、鉄鋼課等に在任し、主として産業振興、技術開発政策を担当。2004年7月、JETROサンフランシスコに勤務。

 今やあらゆる分野で未来の扉を開ける鍵となったコンピュータ。各社の技術的性能向上にかける投資と日々の努力の凄まじさは論を待ちません。これ以上の進歩はもう限界、と思わせるほどの最先端の半導体技術が発表されますが、その度に「ムーアの法則」はまだまだ続く、と最前線の技術者やビジネス関係者が市場にアピールし、実際に僅か数年で次の技術が実用化されています。

 そうしたコンピュータ技術の流れとは別に、従来の技術トレンドとは全く異なるイノベーションをもたらす可能性があるとされるのが「量子コンピュータ」といわれる技術です。「量子」とは私達の日常生活では理解できない不可解な性質を持つもので、例えば、物理学的に厳密に表現すれば、「量子のコマは、右に回ってはいるが、左に回っているとも言える」という、手に負えないミクロの世界のものです。現在のコンピュータの情報処理は、0と1の二進法で成り立っていますが、量子のこの不可思議な性質を何とコンピュータに応用し、0と1に加えて「0でも1でもない」という状態を利用する(重ね合わせ)ことによって複数の計算を同時に処理する仕組みを作ることで、計算速度を爆発的に速くさせることができる技術です。どれほどかと言うと、例えば、通常のコンピュータでは解読に200億年もかかる特別な暗号を作っても、量子コンピュータでは僅か数秒で解読されてしまいます。百桁以上の数の素因数分解(ある数を、素数という数の掛け算に分けること)には現在の最新鋭のスーパーコンピュータをもってしても数千年以上の計算時間を必要とするところが、量子コンピューターではやはりたった数秒で可能という、想像を超えた驚異的な演算性能です。

 驚くべきことに、これは単なる科学者のアイデアのレベルではなく、既に実用化に向けてスタンフォード、バークレー、MIT、カリフォルニア工科大をはじめとする日米欧各大学、企業でもHP、IBM、AT&T、NTTや日立、富士通等世界各国で激しい開発競争が進められているのです。その背景には、これほどの演算速度を持つ究極のコンピュータが実現されれば、気象予測やデータ検索等で素晴らしい威力を発揮し、あるいは人工知能にも新たな道が開けるかも知れないからです。他方、現在のあらゆる国家機密や企業秘密の暗号が瞬時に解読されてしまう危険性から、国家としても絶対に先手を打って確立させたい技術でもあります。2001年に発表されたペンタゴンのQDR(四年期国防見直し報告書)にも、既に今後の重要技術の1つとして既に量子コンピューティングが挙げられています。

 もちろん現時点では、基礎となる量子デバイスは作成可能にはなったものの、コンピュータとしては未だ基礎研究段階であり、実用には長い道のりが待っています。システムとして完成するのは2010年頃とも数十年後とも言われています。インテルのクレイグ・バレット氏は、量子コンピューティングについては、実用化するために原子レベルの極小トランジスタを十億個以上も並列連結して集積するのは難しい上、シリコンにとって代わる材料があるとは思えないと、少なくとも主流になることにはかなり懐疑的な見解を示しています。更に、量子の特別な(重ねあわせの)状態を保持する時間を維持するのが難しいという技術的障壁もあります。

 しかし、実現への挑戦は決して止まっていません。昨年四月、IBMとスタンフォード大がナノテク共同研究センターを創設して量子コンピュータの共同研究を進め、5年後の実用化を目指すとの発表がありました。つい先日の先月12日にはHPのブリストル研究所が、重大な技術的課題の1つである量子の相互干渉を抑える技術を発表、さらに同月19日には、日立ケンブリッジ研究所が、量子コンピュータの基本素子をシリコン半導体で作ることに成功した、との発表がありました。また、日立グループは、従来は五ナノ(一ナノは十億分の一)秒程度だった状態保持時間を約二百ナノ秒と二桁も向上させることに成功しています。

 ITビジネスという現実の経済社会で熾烈な市場競争、価格競争が展開される一方で、ビジネスの観点からは予想もつかないような最先端技術の研究開発も、後のイノベーションの原動力として着実に進められている現状を垣間見ますと、シリコンバレーをはじめとする世界各国のハイテク関係者の懐の深さに改めて感銘を覚えます。

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