日立，量子コンピュータに匹敵する新型半導体コンピュータを試作

日立製作所は，約1兆の500乗通りの膨大なパターン（組み合わせ）から適した解を導く「組み合わせ最適化問題」を量子コンピュータに匹敵する性能で，瞬時に解く新型コンピュータを試作した（ニュースリリース）。

このコンピュータは従来の半導体を用いて動作するため，量子力学を応用した計算手法（量子アニーリング）を用いた量子コンピュータで必要な冷却装置などは不要で，室温で動作する上，大規模化も容易に対応できる。

また，従来のコンピュータと比べて，約1,800倍の電力効率を備えていることから，電力消費量の低減が図れる。新型コンピュータは，自然や生物に備わる創発現象を計算で利用するもので，社会問題の規模に応じて，容易に大規模化できる実用システムの提供を可能とする。

都市における交通渋滞の解消やグローバルサプライチェーンにおける物流コストの最小化，次世代電力送電網による安定したエネルギー供給など，大規模かつ複雑化する社会システムの課題解決には，全体最適となる組み合わせを見出すことが重要となる。最適な組み合わせを見出す問題は，情報処理の分野では「組み合わせ最適化問題（以下最適化問題）」と呼ばれている。

その例として，販売員が複数都市全てを回る場合の最短経路を求める「巡回セールスマン問題」が知られている。問題が大きくなると，組み合わせのパターンが膨大に増え，最適な組み合わせを現実的な時間で求めることが困難になる。

現在，最適化問題を解く手法として量子アニーリングを用いた量子コンピュータが注目されている。この量子コンピュータは，一般的に用いられている情報を0と1のデジタル情報に置き換えるコンピュータと異なり，0と1の値を任意の割合で重ね合わせた状態を利用して，超並列計算を実行している。

ここでは，問題を数学的処理によって，磁性体の振る舞い（物理現象）を数学的に表現するイジングモデルに変換し，問題を解く。しかし，現在提案されている量子コンピュータは，極低温にまで冷却する装置や超伝導素子などが必要な量子アニーリングを使用しているため，大規模化が困難だった。

そこで同社は，半導体回路上でイジングモデルを擬似的に再現し，問題の高速処理を可能とする新型コンピュータを開発した。イジングモデルを用いた計算処理では，部分計算を行なうだけで，全体最適に近い解である実用解が出せるため，処理速度を高めるとともに，電力消費量を低減させることができる。

また，半導体を並列化することで，超並列計算を可能とし，処理速度をさらに高めることができる。加えて，新型コンピュータでは汎用の半導体を使用するため，室温での動作が可能だとしている。

同社は，量子アニーリングで解を求めていたイジングモデルの振る舞い，、半導体CMOS回路上で擬似的に再現するCMOSアニーリング技術の技術と65nmの半導体プロセスを用いて，20,480パラメータを入力可能なコンピュータの試作機を開発し，実証実験を行なった。

その結果，システムが室温で動作することを確認するとともに，現在の量子アニーリングを用いた量子コンピュータのパラメータ数512の40倍となる20,480パラメータの大規模な組み合わせ最適化問題を数m秒と瞬時に解けることを確認し，さらに従来のコンピュータを用いて解く場合と比較して電力効率約1,800倍を実現することを実証した。現在の最先端の半導体プロセス（14nm）を用いれば1,600万パラメータに対応するチップに大規模化することも可能という。

同社はこの技術を活用することで，個別最適から全体最適まで行なうシステムを構築し，さらに大規模・複雑化する社会インフラの課題を解決する社会イノベーション事業を推進するとしている。