量子コンピュータの活用を促進する
「量子バイリンガル」というキャリアデザイン

田中先生は、量子コンピュータ業界において、大学の研究者の立場でありながら常に「社会実装」に 主眼をおき、実践的なユースケースに着目した研究をされてきました。量子アニーリングとの出会いから、量子コンピュータの展望、量子コンピュータの活用を促進する「量子バイリンガル」という考え方、田中先生のFixstars Amplifyの活用などについてお話を伺いました。

インタビューテーマ

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  量子コンピュータの今後の発展
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  量子コンピュータの活用を促進する「量子バイリンガル」という考え方
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  量子コンピュータ活用を実践に移すアイデア

1.「量子アニーリング」との出会い

私は大学学部生時代、量子アニーリングの生みの親である、東京工業大学 西森研究室（西森秀稔教授、理論物理学）に在籍していました。 大学学部生時代は統計力学（物理学の一分野）の理論に没頭しておりましたが、次第に統計力学を主軸とした幅広い応用研究を模索するようになりました。大学院生として東京大学大学院理学系研究科物理学専攻に進学してから、計算物理学（コンピュータシミュレーションを用いた物理学の研究）を進めてきました。仲良くしていた友人のおかげもあり、機械学習など、現在のトレンドとなっているIT技術にいち早く触れることになりました。

博士課程修了後は東京大学物性研究所、近畿大学総合理工学研究科量子コンピュータ研究センターなど様々な場所で研究に取り組む中で、物理学者の立場として量子アニーリングの実用化を目指した研究にも深く関与することになりました。 実験系研究者と共同研究を実施したり、また理論系研究者の中では珍しいと思うのですが、実験系研究室に所属したりしていました。それらを通して「理論研究がリアルな世界とつながること」を間近で実感するという経験を積みました。

転機となったのはやはり、2011年にカナダのD-Wave Systems社が発表した世界初の量子アニーリングマシン「D-Wave」です。西森教授の量子アニーリング理論^*1に基づいて実際に動作するハードウェアが世に出たことは衝撃的でした。 このときに、量子コンピュータや量子アニーリングの理論研究だけでなく「量子アニーリングマシンを実社会でどのように活用するべきか？」という課題に対して取り組む必要性を改めて感じました。 こうして量子アニーリングや、実践的なユースケースなどの周辺領域の研究を本格的に始めることとなり、現在に至ります。

^*1 Kadowaki, T., & Nishimori, H. (1998). Quantum annealing in the transverse Ising model. Phys. Rev. E, 58(5), 5355–5363. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.58.5355

2. 量子コンピュータの展望

例えば近年、DXの進展に伴い様々な領域でビッグデータ活用が進んでいますが、そこで得られたデータから、最大の価値をもたらす行動を計算で導き出せる可能性があります。こうした課題設定は「組合せ最適化問題 ^*3」（複雑な条件下での膨大な選択肢の中から最適なものを探し出す）と呼ばれ、量子アニーリングによる計算の高速化が期待されている分野です。

また実は、個別の課題解決だけではなく「物理現象を計算に活かす」という量子コンピュータのコンセプトに知的好奇心や興味を喚起される研究者や技術者も多いのです。このため今後より一層、実社会における量子コンピュータの用途探索は進んでいくことでしょう。

^*2 次世代アクセラレータ
「Society 5.0」の実現に向けイジング型コンピュータ（アニーリング型量子コンピュータや従来技術を用いたイジングマシン）、NISQコンピュータ、誤り耐性ゲート型量子コンピュータを用いた、従来の計算方法に比較して処理や解析の高速化・高度化を実現すること。
内閣府 科学技術政策「Society 5.0」：https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/

^*3 組合せ最適化問題
組合せ最適化問題は、製造、物流、金融など様々な業界で計算ニーズの高い問題です。考えられる組合せのパターンの中から、目的に対して最適な組合せを探します。例えば、物流の輸送計画や製造計画などの最適なパターンを計算できれば、事業活動の効率化や投資対効果の予測に役立ちます。
一方で、考慮すべき変数や条件が増えるほど組合せパターンが急増する特徴があります。トラック物流における車載数や配送先の数といった変数、積載可能量やドライバーの勤務可否といった制約条件が増えていくと、最適なパターンを見つける計算が難しくなる特徴があります。
例： 生産計画最適化、勤務シフト最適化、経路最適化 など

3. 「量子バイリンガル」というキャリア

現在、量子コンピュータ分野は大変注目されていますが、その実践的な応用までを含めると、個人的にはまだまだこれから大きく広がっていくべき段階にあると考えています。このため、様々なバックグラウンドや専門性を持つ方に量子コンピュータ活用の取り組みを始めて頂きたいと願っております。

キャリアという意味では人材育成についても触れさせてください。私は慶應義塾大学理工学部物理情報工学科で、量子コンピューティングという科目を、同学科の山本直樹教授（慶應義塾大学量子コンピューティングセンター長）とともに担当しています。 山本教授がゲート方式について、私がアニーリング方式の量子コンピュータについて講義するという世界的に見てもユニークな科目です。

学生の声に耳を傾けると、実に多様な捉え方で私たちの科目を受講しています。 最先端のコンピュータ技術に興味を持つ学生や、量子物理学の考え方が将来技術として発展していく様に夢を抱く学生など、様々なバックグラウンドを持つ学生が量子コンピュータに関心を持っていることに気付かされます。

「量子バイリンガル」の方々を増やしていくためには、量子情報の専門家だけではなく、あらゆる専門分野の方が取り組むことのできる開発環境の提供が必要だと常々感じています。

4. 量子コンピューティングクラウドサービス「Fixstars Amplify」の活用

私は各所で講演を依頼される機会が多いのですが「量子コンピュータに興味を持っているのだが、何から始めたら良いのだろうか？」「量子コンピュータは役に立ちそうとは思うが、学ぶのが難しそうだ」という声を頂くことが多々あります。そうした場面では、量子コンピューティングクラウドサービス「Fixstars Amplify」の無償利用をまずはお勧めしています。ここからは私自身がFixstars Amplifyを利用して感じていることをお話しします。

アプリケーションの開発環境（SDK）とその実行環境がセットとなったFixstars Amplifyに出会い使用したところ、コーディングが容易になる工夫が随所に施されており、一言で言えばその簡単さに大変驚きました。

私の研究室では大学院生だけでなく、学部生もFixstars Amplifyを使用して、量子アニーリングの学習や研究を進めています。 Fixstars Amplifyはサンプルコードが充実しているため、高度なプログラミングスキルが無くとも学生はすぐに使いこなせているようです。これは非常に画期的な開発環境であると考えています。

別の例として、量子コンピュータに関する私の大学講義におけるFixstars Amplifyの活用例をご紹介しましょう。 講義レポート課題の一つとして「自身で組合せ最適化問題を定義し、それをFixstars Amplifyを使ってコーディングし、その結果を記しなさい」という発展課題を出しました。私の講義では、発展課題は興味と時間がある人向けとしているため必須ではないのですが、私の想定以上の人数の学生がFixstars Amplifyを使って発展課題に取り組んでいました。後日、受講生の一部から「楽しくコーディングができた」という声を聞きました。

量子コンピュータをいざ使ってみようと思ったとき、難しそうだと感じる方も多いかもしれません。しかしFixstars Amplifyのような開発環境を活用することで、容易に量子コンピュータ技術を体験し、それを活用したアプリケーションの開発を始められるようになりますので、ぜひ最初の一歩を踏み出して欲しいと思います。

クラウドサービスとして提供されるFixstars Amplifyを日々便利に研究や教育活動に使わせて頂いているほかに、フィックスターズグループとは様々なプロジェクトでの連携もあります。代表的な例としては、国家プロジェクト「戦略的イノベーション創造プログラム（SIP、内閣府）^*4」や「NEDO ^*5」での社会実装、「未踏ターゲット事業（IPA、情報処理推進機構）^*6」の量子人材育成などが挙げられます。先日Fixstars Amplifyのユーザー事例として公開された村松先生のご研究^*7も大変興味深いものでした。それぞれでFixstars Amplify を主軸とした着実な共同研究成果が出ており、これからも連携を進めていくことで、量子コンピュータ技術の社会実装に向けて、産学の垣根を越えた活動を共に歩んでいければと考えています。

^*4 内閣府：戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）
内閣府総合科学技術・イノベーション会議が司令塔機能を発揮して、府省の枠や旧来の分野を越えたマネジメントにより、科学技術イノベーション実現のために創設した国家プロジェクト。国民にとって真に必要な社会的課題や、日本経済再生に寄与できるような世界を先導する課題に取り組む。
https://www8.cao.go.jp/cstp/gaiyo/sip/
フィックスターズ＞プレスリリース＞光・量子を活用したSociety5.0実現化技術：光電子情報処理の研究開発委託先に採択
https://news.fixstars.com/2133/

^*5 国⽴研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）：量子計算及びイジング計算システムの統合型研究開発
国内の量子アニーリングマシンを統一されたインターフェースで利用可能な、クラウド基盤を開発・検証するプロジェクト。
https://nedo-quantum.aist.go.jp/
フィックスターズ＞プレスリリース＞NEDO：量子アニーリングマシンを使いこなす共通ソフトウェア基盤の研究開発に採択（2018/10）
https://news.fixstars.com/2110/

^*6 情報処理推進機構（IPA）：未踏ターゲット事業
https://www.ipa.go.jp/jinzai/mitou/target/about.html
「未踏事業」とは、ITを駆使してイノベーションを創出することのできる独創的なアイデアと技術を有するとともに、これらを活用していく能力を有する優れたIT人材の発掘・育成を目的とする事業。IPAが主催しており、産学界の第一線で活躍する優れた能力と実績を持つプロジェクトマネージャーが、優れた可能性をもつ人材を発掘・採択し、独創的な開発への伴走型の指導・支援をしていくことを特徴としている。
フィックスターズ＞プレスリリース＞フィックスターズ、「未踏ターゲット事業」の2018年度テクニカルアドバイザに就任
https://news.fixstars.com/2103/

^*7 Fixstars Amplifyを使って、次世代技術を活用した高速な解析手法の開発に成功
https://amplify.fixstars.com/ja/customers/interview/nextgen-analysis

＊本記事の掲載内容は全て取材時（2022年12月）の情報に基づいています