【感想・ネタバレ】量子コンピュータが人工知能を加速するのレビュー

西森秀稔 / 大関真之

「これは日本人研究者によるノーベル賞級の発見だ！」
元グーグル日本法人社長 村上憲郎
実現は早くても21世紀後半と言われていた「量子コンピュータ」が突然、商用マシンとして販売が開始された。
作ったのはカナダのメーカーだが、その原理を考え出したのは日本人研究者。
しかも、人工知能に応用でき、グーグルやアメリカ政府も開発競争に参戦、NASAやロッキード・マーティンも活用を開始した。
どのようにして量子力学で計算するのか。
どのようにして人工知能、特に機械学習やディープラーニングに応用できるのか。
そして、どうすれば日本の研究が世界をリードできるか。
画期的な量子コンピュータの計算原理、「量子アニーリング」を発案した本人が語る。

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筆者は量子アニーリングの考案者だが、D-waveが量子アニーリングを実現したことに脱帽されており、正直な方という印象。量子アニーリングは「ぶっ飛んでいる」という表現にワクワクするものを感じた。今後の発展に期待したい。

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量子アニーリングの発案者でもある西森氏が書いた、量子コンピュータに関する基本書。
最近の北米の動向や今後の日本の取るべき方向性についても少し触れてある。特に６章は至極納得感がある章。
内容、文章ともに明確で、量子コンピュータについての興味が深まる１冊。
量子コンピュータが汎用化されると、どういう良い事が起こるか、知識のない消費者に対してもわかるように書いてあるので、おすすめ。非常に面白い。

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とにかく量子コンピュータの仕組みが知りたくて読んだ。そして説明できるレベルではないが、イメージは掴めた。かなり複雑な「量子コンピューティング」のイメージを掴ませられるだけでもかなりの良著だと思う。
従来の半導体を用いた仕組みとは全く違い、(D-Wave社製の例で言うと)ニオブという金属をキンキンに冷やして超伝導状態にして…という科学実験装置のような仕組みだそうだ。

量子コンピュータというのは現代のコンピューティングを大きく前進させる可能性があるというのは間違いない、ということが理解できた。(「人工知能を加速する」は釣りタイトル感があるが)
未来の話のようでもあるが、実はすでにD-Wave社がすでに商用化している。ただしこちらは「組み合わせ最適化問題」と呼ばれる計算以外には使えない。ただし得意な問題に対しては実際に既存のコンピューティングを大きく凌駕する。

文章も読みやすいし、文量も少ない。科学者なのに読みやすくて面白い文章が書けるというのは貴重な存在だなと思う。

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量子コンピューターについて最近の組み合わせ最適化や機械学習への応用も視野に入れて解説。特に著者自身が提唱し、近年の進展のブレイクスルーとなった量子アニーリングについて平易に説明されている（古くからある量子ゲート方式との違い、量子アニーリングを物理世界で実現してしまうハードウェアの開発、シミュレーティッドアニーリングとの対比を通じたトンネル効果の説明など）。

また、応用範囲についても、組み合わせ最適化と機械学習（特にサンプリング）について、どのような課題が量子コンピュータによって解決するのかが解説されている。

さらに、現在のレベルを冷静に分析した上で、今後の発展のためにどのような基礎研究・理論研究が必要かについても強調する。量子コンピュータの研究に人材と資金を呼び込もうとする意欲的な本。

日本の大学では、「理学・サイエンス」と「工学・エンジニアリング」が分かれていて交流がないと指摘する。

最後には、著者自身の最新のアクティビティーを例に、「なぜ・どう動いているかわからない」ものに対する基礎研究が制御や予測、技術開発のために必須だと訴える。

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量子コンピュータについて知識ゼロで読みましたが、面白かった！

特に解を導き出す方法がコンピュータとしては独特で、でも何故か人間の閃きに近くて、新しいような懐かしいような感覚を覚えました。

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量子アニーリングの基礎理論構築に日本人が大きく貢献していたことが誇らしい。
実用に向けたフェーズで日本は遅れをとっているようだが、面白そうな課題はたくさんあるようなのでこれからに期待したい。

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量子力学の専門家による量子コンピューターの話。難解な量子の世界について、簡単に説明しており、その概要がわかった。カナダの企業が製品化している量子コンピューターは、今のコンピューターの１億倍の処理能力があるらしいが、グーグルやＮＡＳＡも積極的に開発に参画しており、今後大きく発展していく分野だと感じた。
「従来型のコンピューターは、性能が次第に頭打ちに達してきたので、より高性能な量子コンピューターの開発が期待されているのだ」p15
「従来のコンピュータの心臓部がプロセッサだとすると、D-Waveマシン（D-Wave 2X）の心臓部は量子ビットを実装する超伝導回路（ニオブという金属を使った超伝導）になる。価格は、約15億円。見た目は巨大な黒い箱で３ｍ四方の大きさだ。箱の中には「希釈冷凍機」があり、超伝導回路を絶対零度に限りなく近くなるまで冷やしている。消費電力は、25kWで、そのほとんどが希釈冷凍機に使われている。25kWというと、スーパーコンピュータ京のおよそ1/500だ」p26
「（量子アニーリング）金属を高温にしてからゆっくり冷やしていくと構造が安定するという「焼きなまし（アニーリング）」という現象を使ったもの」p28
「量子アニーリング方式は、（主流と思われている）量子ゲート方式に比べて安定性が格段に高いのである」p32
「横磁場をかけると０と１が同時に存在する奇妙な状態が実現する。横磁場をだんだん弱くすると量子ビットは、次第に上か下かどちらか決まった方向を向くようになり、横磁場がゼロになるころには、量子ビットがはっきりと０か１のどちらかになっており、その結果が、組み合わせ最適化問題の解を表しているのである」p36
「物理学者ファインマン）量子力学がわかったと思っているうちは、量子力学がわかっていない」p126

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量子コンピュータの実現方法には、量子ゲート方式と量子アニーリング方式があるという。アニーリングとは、焼きなましということだそうだ。自然界の現象を借用したアルゴリズムだそうだ。絶対零度近くで、０と１の重ね合わせ状態にしたニオブ製の小さなリングの回路（量子ビット）に横磁場をゆっくりかけていくことで、回路が０か１になるという。それが解だそうだ。本書で説明されているのだが、？？？だな。

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量子アニーリング理論を提唱した西森先生による解説。

ゲート方式の解説はほとんどなかったのはちょっと残念だけど、アニーリング方式の原理や適用可能な分野、現在の状況、D-Waveが何を作ったのかなど、とてもわかりやすかった。

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以前から気になっていた「量子コンピュータ」。
動作原理と結果の解釈方法は今一つ理解できなかったが、とりあえず「量子アニーリング方式」と「量子ゲート方式」というキーワードを覚えておこう。
本書は、「量子アニーリング方式」で組み合わせ最適化問題の近似解を得ることができる「量子コンピュータ」について、現状と発展の方向性のヒントを示してくれている。
汎用性はないが、問題によってはスーパーコンピュータ「京」で3年かかるものが1秒で出せるのは脅威的。
答えを得るまでの速さのみならず、コンピュータの動作自体にかかるコスト削減による省エネ率が半端でなく利用価値大。
ざっくり言うと、3年でかつ1億円もかかるため非実用なものが、1秒1円でできてしまうということ。
現在はビックデータを力任せに処理するのに、尋常でないエネルギーを使っているから、人工知能の商用化のネックは超省エネ化をいかにして行うかにかかっているはず。

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量子アニーリングという理論を使っている
物理現象そのものを使って問題を解くらしいが、現状のコンピュータと全く違う原理なので戸惑った。
汎用ではなく組み合わせ最適化問題に特化している。
といってもその問題は非常に応用範囲が広いので十分ブレイクスルーになる。
絶対零度近くに冷やす必要があるが冷やすのは小さいチップなので電力はスパコンよりずっと低いというのはなるほどと思った。
ページ数はそんなにないがあまり詳しく説明されても多分パンクするので今はこれぐらいでいいと思う。

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まえがきに、「専門知識がない人でもなるべく理解しやすいように解説する。」とあるが、
「門外漢の私でもよく理解できた」とは言い難いかな。
そんなに量がないので読み切るのはさほど苦でもない。
量子コンピュータの仕組みや人工知能との関係のイメージがホンノリとつかめたのかどうか。
基礎的な理論で大きく貢献している日本人研究者のさらなる活躍を期待します。

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量子コンピュータという言葉だけが一人歩きしてるが、その限界や現在世界中で行われている競争、今後の展望について気軽に触れられる本。
著者は量子アニーリングの第一線の研究者。
実際の量子コンピュータであるD-Waveがどのような仕組みで動いているのか、なんとなく理解できた。
量子トンネル効果についてはなんとなくはぐらかされたような印象があるが、興味がある部分は別途掘り下げていけば良さそう。

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量子コンピュータ
1965年 リチャード•P•ファインマン

量子アニーリング方式 焼きなまし
1998年 西森教授、門脇 大学院生
カナダ D-Waveシステムズ
ジョーディー•ローズ
2007年 量子ビット16個
2011. 128
2013. 512
2015. 1000個以上
グーグル、NASA D-Wave 2X
最適化問題
キメラグラフ; 8個


量子ゲート方式

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GoogleとNASAが量子アニリーング方式の量子コンピュータでは組み合わせ最適化問題で、既存のコンピュータの一億倍早いと発表した話を皮切りに、D-Wave開発の経緯と背景そして出遅れた日本の反省と今後について語り、量子コンピュータの仕組み原理についてとても分かり易く（量子コンピューティングが始めて分かったような気にさせられた）説明する。
以下は量子コンピューティングの仕組みの説明の要約。
「巡回セールス問題を５都市で説明、25bitを用意、ビット間の相互作用を決め、0と1の重ね合わせになっている状態からスタートし、横磁場をかけ、後に弱くして相互作用を強くし最終的に横磁場を０にする。相互作用で、水が低いところへ流れるように0,1が決まることで、最短経路わかる。」
また、量子コンピューティングは機械学習での「選択変数」やディープラーニングウの「クラスタリング」にも応用できるとして、人工知能についても説明し、量子力学についても、量子が波であり粒子であることや量子トンネル効果など、不思議で有名な話なども分かり易く解説している。

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意味はたぶん、ほとんどわからなかったけど、すごくワクワクした一冊。
基礎研究やベンチャーの捉え方のくだりはすごく納得。

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人工知能の話は少々抽象的で、量子論の説明は全く物足らないが、ある種の量子コンピュータが現存して販売されていること、そして、このコンピュータは万能ではないが特定の課題に対して従来技術のブレークスルーになることはよく分かった。また、この量子コンピュータの動作原理である量子アニーリングについて、適切な比喩によって素人にも直感的にイメージできるよう解説されている点は、さすがはこの道の第一人者であると思わされた。
このほか、科学的・理論的に厳格な研究に励む日本の科学者と、たとえ完璧な答えが出なくても役に立つものなら研究して発展させ、その上で実用化して世の中に広めていこうとするアメリカの科学者やそれを資金的に支えるベンチャーキャピタリストの存在という科学やその応用に対する姿勢の違いについても、著者たちの実体験をベースに書かれており、この点も興味深かった。

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｢本書では、量子コンピュータがどのようにして動き、どんな計を行っているのか、そしてどうやって人工知能に応用できるのかについて、専門知識がない人でもなるべく理解しやすいように解説する｣という言葉に惹かれて読んでみた。
が、物理の知識ゼロの自分にはやはり難しかった。なんとなくわかったような、わかりにくいような。。

他方、｢第6章　日本が世界をリードする日は来るか｣では、日米の研究者のマインドセットや研究環境の違いにも触れ、新たな分野の研究や起業に挑戦する若者が増えてほしいというメッセージも伝わってきた。

[ブクログ · ★★★☆☆]

　量子アニーリング方式を考案した研究者による量子コンピュータの解説書。前半はこれ以前に読んだ本で既に得ていた知識で、肝腎の量子アニーリングの説明も何となくの雰囲気だけに終始。期待していたのとは少し違うという意味で星3。慌てて申し添えておくと、入門書あるいは勉強のモチベ本としては、量子コンピュータを取り巻く状況が概観できて良い本だと思う。そうでなくても、量子アニーリングという概念を知ることが出来ただけで僕としては収穫はあった。
　あとは、他の方のレビューにもあるが、筆者自身の業績に対して自慢たらしい(？)記述がそこここに見受けられるのが(それが凄い業績であると理解していても)、やや鼻につくかな…

[ブクログ · ★★★☆☆]

量子コンピュータについて。詳しい作動原理などの話はないので物理に詳しくなくても読める内容。ただ、著者の一人は昔から量子コンピュータを研究している人のようで、自分の業績への言及が過剰なのがちょっと目立つに

・グーグルの量子コンピュータは現在最高性能のスパコンが一万年かかる計算を３分で完了するんだそうだ。とはいえ、グーグルの量子コンピュータで計算可能な問題は巡回セールスマン問題に代表される組み合わせ最適化問題という特殊な問題に限られる。もともと量子コンピュータといえば量子ゲート方式という汎用のコンピュータが開発されたいたのがここ数年急に実用化されるようになったのはD-Waveが開発を進めている量子アニーリング方式というもの。ただし、D-Waveによるコンピュータの量子ビットは2007に16、2011に128、2013
に512、2015には1000を超えている。

・量子アニーリング方式の詳しい説明はない（されても理解できなそう。。。）が、ニオブの小さなリングを冷却すると、右回りの電流と左回りの電流が重ね合わさった状態を量子ビットとしているらしい。

・量子コンピュータはエコでもある。2013年現在、世界の発電量の10％がITによって消費されている。グーグルだけでも20万軒分の家庭電力量に相当し、検索一回あたりの消費電力は６０W の電球を17秒間光らせる量になる。

[ブクログ · ★★★☆☆]

量子アニーリング方式のコンピュータの解説が中心ですが、それにしては、やや冗長な印象。
量子コンピュータの紹介という意味なら、量子ゲート方式の解説などもあった方がいいのでは。
人工知能についての記述は、大したことない印象。
なんとなく、この分野をのぞいて見たいという方にはいいのかもですね

[ブクログ · ★★★☆☆]

量子コンピュータおよび「量子アニーリング」を一般の言葉で説明した本。量子コンピュータへの期待の誤解も言及されています。

数式は皆無なため、原理を追求したい人には不向きです。
仕組みは少しわかるのですが、実用例が乏しいので実際の活用イメージは付きにくいですね…。

[ブクログ · ★★★☆☆]

「邪気眼」と並んで声に出して読みたい日本語の代表格である「シュレーディンガーの猫」。恐らく多くのビジネスパーソンも「ああ、その案件はまさにシュレーディンガーの猫状態だね。そういうことでよろしく！」という会話を耳にしたことがあると思うが、本書は量子力学を援用することで、従来のコンピュータよりも遥かに高い演算能力を持つ量子コンピュータの概略書である。

正直なところ、この1冊で「量子コンピュータが理解できた、ヘイヘイ」とでも言おうものなら、世界中の学者によって私が箱の中に閉じ込められ、青酸カリのガスの中でシュレーディンガーの猫状態になりそうな気もするので、そんな大げさなことは言えないのだが、とにかく量子コンピュータが「バリヤバイ」（by　向井秀徳）なのは分かった。

[ブクログ · ★★★☆☆]

量子コンピュータといっても本命の量子ゲートによる汎用機ではなく、量子アニーリングを用いて組み合わせ最適化問題に特化したマシンの原理や今後について。
すぐに読める分量だし、やさしく書いているが、けっきょく原理はよくわからなかった。