2023.07.21
cuQuantumとアニーリングについて
日本とベトナムを拠点に量子コンピューティングを推進するシティナウ・アジア・インクは、2023年8月2日[(https://citynow.asia/press/release/Quantum-computing-webinar-with-CitynowAsia)]に量子コンピューティング・イベントを開催する。このイベントは、世界でも数少ないNVIDIA cuQuantum統合フレームワークであるBlueqatとの共催となります。ウェビナーへの参加登録は、こちらをクリックしてください（イベントへのリンク）。
イベントでは、弊社CEOが[量子コンピューティング]の構築と投資への取り組みについてお話します。ウェビナーに参加する前に知っておくべき量子コンピューティングの3つの用語をご紹介します。
1.ゲート方式量子コンピューティング について
2.cuQuantumについて
3.アニーリングについて
1.ゲート方式量子コンピューティングについて
ゲート方式量子計算とは、量子ゲートシーケンスを量子ビットの集合に適用することで量子計算を行う方法です。量子ビットは既知の状態で初期化され、ゲートを用いて量子ビットの状態を操作し、問題を符号化して計算を実行します1。
量子論理ゲートは、少数の量子ビットで動作する基本的な量子回路です。従来のデジタル回路における古典論理ゲートのように、量子回路の構成要素でもあります。しかし多くの古典論理ゲートとは異なり、量子論理ゲートは可逆的なものでもあります2。
2.cuQuantumについて
cuQuantumは、NVIDIAが開発した量子コンピューティングのワークフローを高速化するための最適化されたライブラリとツールのSDKです。NVIDIA Tensor Core GPUを使用することで、開発者はcuQuantumを使用して、ステートベクタおよびテンソルネットワーク法に基づく量子回路シミュレーションを桁違いに高速化することができます1。
cuQuantum Applianceは、最新のNVIDIA DGX™システムおよびHGXシステム上で動作するように最適化されたコンテナでシミュレーション・ソフトウェアを利用できるようにすることで、開発者の開発開始を支援します。このスタックには、NVIDIA cuQuantumとともに、GoogleのCirqフレームワークとqsimシミュレータが含まれています3。
3.アニーリングについて
量子アニーリングは、量子トンネル、エンタングルメント、重ね合わせといった量子物理学特有の性質を利用して、多数の解を含む問題の最適解を求めるために用いられる量子計算手法です。量子アニーリングは、スピングラスの基底状態を求める問題や巡回セールスマン問題など、探索空間が離散的で局所極小値が多い問題に用いられます4。
この手法は量子ゆらぎとして知られる効果を利用して、ユーザーが解こうとしている問題に対する最良の解を見つけようとするものです。したがって、量子ゲートで問題を表現するのではなく、問題を「最適化問題」として表現することで、量子アニーリングコンピュータは最適解を求めようとする5手法でもあります。
量子アニーリングは、複雑な最適化問題を解くために量子コンピューティングで使われている手法になります。最適化問題とは、多数の解の中から最適解を見つけ出す問題である。例えば、あなたが複数の都市を訪問する必要があるセールスマンで、すべての都市を訪問して出発都市に戻る最短ルートを見つけたいとします。これは巡回セールスマン問題として知られており、最適化問題の一例です。
量子トンネル、エンタングルメント、重ね合わせといった量子物理学特有の性質を利用して、この種の問題に対する最適解を求めるため、量子トンネリングは、システムがエネルギー障壁を「トンネル」してより良い解に到達することを可能にし、エンタングルメントと重ね合わせは、システムが複数の解を同時に探索することを可能にします。
より簡単に言えば、量子アニーリングは、暗闇の中の山で最も低い地点を見つけようとするようなものです。最低点を見つけるためにすべての山を登ったり降りたりするのではなく、量子アニーリングによって山をトンネルで通り抜け、一度に複数の谷を探索することができます。
参照：
- https://quantumzeitgeist.com/differences-between-quantum-annealers-and-gate-based-quantum-computing/
- https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_logic_gate
- https://developer.nvidia.com/cuquantum-sdk
- https://research.aimultiple.com/quantum-annealing/
- https://www.quantumcomputinginc.com/blog/quantum-annealing-gate/
