QunaSys、NVIDIAと共に量子回路の大規模シミュレーションに成功

QunaSys、NVIDIAと協力した量子回路シミュレーションの成果

量子コンピューティングの進展を遂げている株式会社QunaSysは、NVIDIA社とタッグを組んで、誤り耐性量子計算（FTQC）に向けた重要なステップを踏み出しました。具体的には、3億ゲートを超える大規模な量子回路のシミュレーションを行い、その結果が期待される精度を満たすことを確認したのです。この成功は、量子化学計算向けの量子アルゴリズムを用いたもので、回路の構築から実行、測定結果の解析まで一貫した検証を実施しました。

誤り耐性量子計算に向けた道

FTQCは、量子コンピュータの実用化に向けて非常に重要な技術です。これにより、分子のエネルギーを高精度で計算するための基盤が整います。そのためには、量子アルゴリズム全体が期待通りに機能することを確認する必要があります。しかし、大規模な量子回路を古典コンピュータでシミュレーションするには膨大な計算資源が必要となり、これまでその規模には限界があったのです。

今回、QunaSysは「QURI SDK Enterprise」とNVIDIAの「cuQuantum」を駆使することで、qubitizationに基づく量子位相推定（QPE）の大規模シミュレーションに成功しました。このシミュレーションには、国立研究開発法人産業技術総合研究所の量子・古典融合計算基盤「ABCI-Q」に搭載された1,024基のNVIDIA Hopper GPUを用いました。

驚異のシミュレーション能力

H₄という水素4原子モデルに対し、約1.5時間で約3.19億ゲートの量子回路をシミュレーションし、約100万回の測定結果を生成しました。この測定結果は、化学計算の精度の目安である「化学精度」を満たしており、最も多く得られたエネルギーと厳密解との差はわずか0.53 mHaでした。これは、実際の量子計算に先立つ重要なデータとして、今後の研究や実用化に向けた道筋を示しています。

量子回路の構築とシミュレーション技術

QunaSysは、量子回路の構築過程において、分子の計算モデルを量子回路に組み込む新しい手法を採用しました。この結果、これまでにない大規模な量子回路のシミュレーションが実現したのです。特に、必要な量子ビット数や演算回数を削減することで、効率的なシミュレーションが可能となりました。

また、シミュレーションの際には複数のGPUを活用し、作業を分散させることで、計算の迅速化を図っています。この技術的なアプローチは、将来のFTQCにおける量子アルゴリズムの実用化に向けて、重要な基盤となるでしょう。

今後の展望

QunaSysのこの成功は、今後の量子コンピュータの実用化に向けた大きな一歩となります。量子アルゴリズムの信頼性向上や、さらに大規模なシミュレーション技術の高度化を進めることで、様々な産業分野における量子コンピュータの応用が期待されます。特に材料や触媒、化学分野での活用は非常に注目されています。

本研究の成果は、高性能計算分野の国際会議「SC26」で発表される予定です。このような状況下で、QunaSysは引き続き精力的に研究開発を進めていく考えです。将来的には、量子技術が産業界に与える影響を最大限に引き出すことが期待されています。今後もこの分野から目が離せません。