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日本マイクロソフト、Azureを利用して量子コンピュータ用アプリ開発する試みを紹介
Jij・豊田通商と取り組む「信号機制御問題」での成果を解説
2020年6月22日 12:19
日本マイクロソフト株式会社は19日、量子コンピューティング活用支援サービス「Azure Quantum」を紹介するプレスラウンドテーブルを実施した。
Azure Quantumは、量子コンピューティング用アプリケーションなどを開発する開発者向けのに提供される、新しい取り組み。5月に開催されたMicrosoftの開発者向けイベント「Build 2020」で公開され、今回のラウンドテーブルでは、Azure Quantumのパートナーの1社である株式会社Jijが豊田通商と共同で行っている、「信号機制御問題」の取り組みを紹介した。
現在開発中の量子コンピュータだが、現段階からアプリケーションを開発するための環境を提供することで、実用化した際に、いち早くアプリケーション開発会社がそろうことを目指していくという。
量子コンピュータに適していると思われるアプリケーションを実行する試み
量子コンピュータは現在開発が進められているもので、マイクロソフトも「未来の技術」と位置づけている。ただし、量子コンピュータが完成するまで待ってからアプリケーション開発などに取り組むことになれば、量子コンピュータに最適なアプリケーションがどのようなものかが明らかになることが遅れてしまう。また、開発者側の準備も遅れることから、従来型ハードウェアで量子コンピュータに適していると思われるアプリケーションを実行する試みが行われている。
Azure Quantumもそのひとつ。なじみのあるAzure開発環境により、量子コンピュータ用アプリケーションを開発するスキルを迅速に獲得し、将来に備えながら、今日でも活用できるあらゆるツールやリソースにアクセスできる。
日本マイクロソフトの執行役員 最高技術責任者、榊原彰氏は、「Azureを使った量子インスパイア最適化を活用するためのパートナーが世界中に存在し、日本では2社がパートナー企業となっている。今回、登壇してもらったJijがそのうちの1社で、今回は、豊田通商を含めた3社で共同研究している信号機制御問題を紹介する」と話した。
Jijは、東京工業大学で量子コンピューティング研究を行っている西森秀稔教授の研究室に所属する山城悠氏が代表取締役CEOを務め、ほかのメンバーも量子コンピュータの研究者だ。
「理論物理の専門技術である量子技術と、数理統計の専門技術である組み合わせ最適化計算によって、これまではサイズが大きすぎて計算が困難だった問題を解決するアプローチをとっている」（山城氏）。
現在のコンピュータ技術では計算困難な問題の代表例としては、都市の交通渋滞緩和のための計算、物流コストの最小化、エネルギーの系統安定化などが挙げられている。
Jijでは、量子マシンによるアプリケーションの登場は「楽観的に見て2023年以降」と推察。そこで量子マシンの実現に先立って、現段階から適切な量子ソフトウェア開発が必要だと考え、「量子アニーリングの専門集団として基礎研究からアプリケーション開発まで対応できるメンバーをそろえている」（山城氏）。
マイクロソフト以外とも、東邦ガスとの業務提携、KDDI総合研究所や日立製作所とのPoC、NECとの共同研究などを行っている。
今回、豊田通商とともに進めている信号機制御問題は、Build 2020で発表された。各信号機の点灯パターンを分析し、自動車の待ち時間を最短にすることで交通渋滞を減らすための計算となる。
「信号機制御問題は、既存の計算手法は存在するものの、局所的探索とシミュレーション繰り返すもので、本当の最適解を探すのが難しい。そこで今回は、高次数の最適化に（Azure Quantumの中の1サービスである）Azure QIOを使用して、われわれの数理モデルを解いていった。最適化にシミュレーションが不要となるため、計算時間が短縮され、幅広い解の探索が可能となる。その結果、従来よりも良い可能性がある解を得ることができる可能性がある」（山城氏）。
結果としては、従来型の最適化方式と比較して、車両の待ち時間を20％削減できる計算となった。この結果は、信号の個数が増えるほど既存手法よりも良い結果が出た。
「この計算によれば、自動車側には全く変更を与えることなく、環境への負担を軽減することができる。Azure QIOはほかの最適化問題でも利用することができる」と山城氏は話している。
ただし、今回の結果はあくまでの計算上のシミュレーション。マイクロソフト側もJiｊ側も売り上げが発生する前の段階という位置づけだ。
なおマイクロソフトでは、量子コンピュータ用アプリケーションを開発するプログラミング言語Q#を提供している。さらに、Q#を使って開発を行うためのトレーニングキット「Quantum Katas」をGitHub上に公開するなど、現段階から量子コンピュータ用開発を行うための取り組みを進めている。
日本マイクロソフトの榊原氏は、「量子コンピュータに適した領域があり、古典コンピュータとのすみ分けは可能」と紹介。その得意領域を見極めるためにも、現段階から開発ツールやトレーニングキットの利用を訴える。
一方のJijでは今後の取り組みとして、MaaSの一環として配車最適化、国家をまたがった流通の最適化や、材料分野での構造最適化などへの対応を予定しているとのことだ。