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200日かかる量子シミュレータ計算を1日で実行する技術。富士通開発
2024年2月20日 11:05
富士通株式会社は、量子シミュレーションの計算を200倍高速に実行できる技術を開発したと発表した。
従来の量子/古典ハイブリッドアルゴリズムを活用した量子回路計算において、解きたい問題の規模に応じて量子回路計算の回数が増大するため、特に材料や創薬分野のシミュレーションのように、多くの量子ビットが必要な大規模問題では、数百日も要することが課題になっていた。
今回開発した技術では、まず繰り返し実行される膨大な量子回路計算を、複数グループに分散し同時処理を可能とした。具体的には、パラメータを微小変更した量子回路それぞれがお互いに影響を及ぼすことなく実行できることに着目し、計算ノードを複数のグループに分割し。RPC(Remote Procedure Call)技術を活用し、ネットワークを通して量子回路計算のジョブを投入することで、各グループが異なる量子回路を実行できるようにした。これにより、計算時間を70分の1に短縮。
さらに富士通が開発した世界最大級の量子シミュレータを使うことで、規模が大きい問題で精度の劣化を抑えつつ問題を単純化できる手法を導出。具体的には、40量子ビットの量子シミュレータのうち、32量子ビットを活用した規模の大きい分子シミュレーションを通じて、規模が大きくなるほど項の総数に対する係数の小さい項の割合が多くなり、かつ係数の小さい項が計算の最終結果に与える影響も微小であることを発見。この特性を利用することで、式の項数の削減と計算制度の劣化防止を両立させ、量子回路計算時間を焼く80%削減できたという。
これらの工夫により、従来200日かかると想定されていた量子シミュレータでの計算をわずか1日で実行できるようになったという。今後、量子ビット数の大きい問題に対する量子アルゴリズムの開発が進み、量子コンピュータの材料/金融の分野への応用が進むことが期待される。
