FPGAやSSDを使った400万円程度の量子シミュレーションシステム。慶大らが開発

開発したFPGAボード

　慶應義塾大学および筑波大学による研究グループは11日、40量子ビット以上の状態ベクトル型量子コンピュータシミュレーションを実行できるボードを開発したと発表した。卓上に設置できる規模で、FPGAボードとSATA SSDなどを含めて、400万円程度でシステムを実現できるという。

　量子ゲート型量子コンピュータのアルゴリズム開発に用いられる状態ベクトル型量子コンピュータシミュレーションは、正確なシミュレーションが可能な一方で、膨大なメモリが必要となる。そのため、スーパーコンピュータを一定時間占有する必要があり、大規模シミュレーションを行なうことが難しかった。

　今回研究グループでは、新たに開発したFPGAボードに容量8TBのSATA SSDを32枚直結し、膨大なメモリ量を同時に扱う論理回路を設計。量子ビット操作に相当する演算を直接ハードウェアで行なうことで、最大43量子ビットのシミュレーションを単独システムで実現した。

　ゲート操作に相当する演算を行なうハードウェアを開発し、シミュレーションに応じて入れ替えることで、安価なFPGAでも豊富な機能を実現。また、SATA SSDはスーパーコンピュータのメインメモリと比べて遅いが、セクター単位のデータアクセスの工夫などを施しており、40量子ビットのシミュレーションを3時間程度で実行できるという。加えて、FPGAボードをSATA SSDを含めて400万円程度で実現でき、卓上に設置できる規模なのも特徴だという。

　現時点では、安定して長時間動作させるためにSATA 3Gbpsを採用しており、実行時間が長いのが欠点だが、SATA 3.0以降に変えることで大幅な改善が見込めるとしている。また、FPGA上のハードウェアを使ったデータ圧縮や、ディスクアクセス効率の向上、NVMeなどの高速インターフェイスによる実行時間の短縮などの研究も進めているという。