未来を予測するマシン、量子コンピューターの「いま」
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WIRED、取材成果を独占公開！
1月3日からNHK（総合）にて放送されるNHKスペシャル「NEXT WORLD 私たちの未来」。シリーズ5回の放送で紹介されるのは、科学やテクノロジーの進展によって実現しうる、夢物語ではない未来の姿だ。『WIRED』では、番組の取材班が行った世界中の研究者や企業への広範な取材成果を、15回の連載記事として公開する。番組の第1回（2015年1月3日放送予定）のテーマは「未来はどこまで予測できるのか」。人工知能が人間の知能を上回るといわれるいまから30年後の2045年、わたしたちの生活はどう変わるのだろうか。
アメリカの未来学者レイ・カーツワイルは、30年以内に人間の知能を超えるコンピューターが生まれると予言する。
「わたしがもっているスマートフォンは、学生のときに使用していたコンピューターより、値段は10億分の1、性能は10億倍以上の力があります。われわれは今後25年間も再び同じ進化をたどります。コンピューターの値段は、いまの10万分の1になり、大きさも血液細胞と同じくらいになるでしょう。われわれはますます世界中から多くの情報をかき集め、予測能力を高めていくことになるのです」
よく知られる「ムーアの法則」は、チップ上のトランジスタが倍々ゲームで小さくなり、チップそのものも小さくなるというものだ。チップの密度が高まることが、コンピューターの性能の向上に置換可能だと考えられている。
チップの発達の歴史は、回路と回路の隙間を細くする技術の発達と軌を一にする。配線と配線の距離を縮めることでチップはより小さくなり、処理速度も速くなった。いまでは、原子の大きさとほとんど変わらない4nmまで縮めてきた。
しかし極端に近づいたため、配線通りに進むべき電子が隣の配線に飛び出てしまい、回路から回路へジャンプする現象が起こり始めている。「リーク電流」と呼ばれるこの現象は、機器の誤作動の原因となる。高速化・極小化を突き詰めるほど、リーク電流が増えるというジレンマに陥っているのだ。
つまり、現在の技術では「ムーアの法則」は限界を迎えつつあるのだ。カーツワイル教授の予測どおり、人間の知能を超えるコンピューターが生まれるとしても、それは現在の技術の延長線上にあるとは考えにくい。
「シンギュラリティ」についての著述でも知られるレイ・カーツワイル。2013年にはGoogleに合流し、同社のAIについての研究領域を大きく広げる存在として期待されている。”Untitled” By null0 (CC:BY)
- 雑誌『WIRED』VOL.14
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DwaveFutureMoore's LawNHKQuantum computerRay Kurzweil
D-Waveが現在研究を進めている「量子ビット」は1,000量子。彼らはさらに2,000量子ビットの実現を目指している。(C)NHK 2015
「0」と「1」を重ね合わせる
その限界を突破する可能性を秘めるのが量子コンピューターである。通常のコンピューターでは「1」と「0」という数字の羅列で計算が行われ、二進数の「1001」と「0101」は異なる計算と認識される。そうなると、せいぜい4×3と3×4という2つの数式は同じものとして認識されても、4×4と4×5のように構成する数字が変わってしまえば、同じものとは認識されず、計算は別々に実行される。
一方、量子コンピューターには「0」と「1」を重ね合わせて、同時に扱うという概念が導入される。これを「量子ビット」といい、先ほどの「1001」と「0101」が同じ計算として認識される。何通りにも及ぶ複雑な計算を1回の計算で行うことが可能となり、計算量は飛躍的に減少する。
もちろん、現在のコンピューターにも同じような仕組みは存在する。だが、量子ビットの概念は、それとは比較にならないほどの圧倒的な速度を実現することができる。ビッグデータの解析も、未来を予測するための確率計算も、無数とも言える量のデータの組み合わせが存在する。これを従来のコンピューターで1つひとつ計算していては、それこそ膨大な時間が必要となる。量子コンピューターを使用すれば、たちどころに解が示されることになる。
量子コンピューターはいつ実用化されるのか？
とはいえ、その開発は遅々として進んでいない。原理は理解されても、実現に向けた課題が山積しているからだ。最大のネックは量子ビットを扱う技術である。量子ビットの操作は、非常に繊細で高度な技術が必要となる。コンピューターメーカー各社がさまざまな方法で技術開発に挑んでいるが、ようやく3個の量子ビットを並べることに成功した程度で、実験室の域を出ていない。専門家によると、実用化には20年から50年はかかるだろうという意見が大勢を占める。
その閉塞感を打ち破ろうとしているのが、カナダのコンピューター企業「D-Wave Systems」だ。D-Waveは2011年5月に「世界初の商用量子コンピューター」と謳った「D-Wave One」を発売した。続く13年5月には、512量子ビットを実現した「D-Wave Two」を世に送り出し、これをNASAやグーグルが購入したことでも話題となった。
番組内でインタヴューに応えたジェレミー・ヒルトン（D-Wave副社長）。同社でプロセッサー開発を担当している。D-Waveは、カナダのレスリング・オリンピックチームに選ばれた経歴をもつジョーディー・ローズによって創業された。(C)NHK 2015
D-Waveのジェレミー・ヒルトン副社長は、自社の技術に自信をもっているという。
「古典的な演算を用いることなく、量子力学を利用したまったく新しいパラダイムを開発したという事実は、非常に意義ある成果だと考えています。しかも、その新たなパラダイムによって古典的なコンピューターと同等な性能、場合によってはより優れた性能を実現できたことについても、特に重要な意味をもちます。わたしたちは現在1,000量子ビットのプロセッサーを研究していて、2,000量子ビットの実現に向けたロードマップの上を歩んでいるのです」
この成果を批判的に見る向きも少なくない。D-Waveのシステムが、純粋な量子コンピューターとは異なる仕組みを採用しているからだ。D-Waveは、彼らが「古典的」と呼ぶ従来の半導体技術をベースに、量子コンピューター的な能力を加える仕組みでシステムを構築している。同業他社からは「本物の量子コンピューターではない」「スーパーコンピューターと処理速度が変わらない」と批判されている。
ただ、この批判も的を射ているわけではない。D-Waveの量子コンピューターとスーパーコンピューターはそもそもその構造が異なるので、同じプログラムを動作させることができない。厳密に比較検討する方法がないので、どちらが速いかという論争は意味をもたないのだ。
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D-Waveの「量子コンピューター」は、見た目には高さ3mほどの巨大な黒い箱。そのなかに収められたニオブチップが、宇宙空間の150分の1という超低温で冷却されている。
古典的テクノロジーから量子テクノロジーへ
量子コンピューターの未来はどうなっていくのか。D-Waveのヒルトン副社長は次のように語る。
「エネルギーであれ健康であれ、人間社会にはさまざまな課題が山積しています。わたしたちはこれまで、古典的テクノロジーがとてつもない進歩をもたらした事実を見てきました。しかしながら、古典的テクノロジーは頓挫し、横ばいになり始めています。量子テクノロジーは、新たな力と性能をこの分野にもち込み、横ばいになっている課題解決を再び進歩させていくことでしょう。わたしたちは、人間社会にとって深く重要な領域において、とてつもない進歩を見ることになると思います」
「ムーアの法則」が示すとおり、過去数十年、コンピューターは常に進化を続けてきた。しかしながら、その熾烈な開発競争は、すでに頭打ちと呼べるステージまで達している。
もし、異次元の計算速度をもつ量子コンピューターが誕生したら、劇的なブレイクスルーをもたらすことになるだろう。コンピューターが人類の知性を超えるという、シンギュラリティ。それを実現するのは量子コンピューターかもしれない。
- 2015年1月3日放送開始！
NHKスペシャル「NEXT WORLD 私たちの未来」最先端の研究を続ける世界の科学者、企業などへの取材と、その研究をもとにつくられた近未来ドラマで構成。5回にわたり、ビジネス、医療、エンターテインメントなどの分野で日々出現する新たなテクノロジーをかみ砕き、紹介する。さらに、番組のテーマ音楽を手掛けるサカナクションが最先端の映像技術を駆使したライヴを行い、ライゾマティクスの設計による番組ウェブサイトとも連動して展開する予定（番組公式サイト）。『WIRED』では、取材班が追った内容を独占公開、全15回の連載記事をお届けする（次回公開は1月5日予定）。
全5回の放送内容
第1回 2015年1月3日（土）午後7:30〜
「未来はどこまで予測できるのか」
第2回 2015年1月4日（日）午後9:15〜
「寿命はどこまで延びるのか」
第3回 2015年1月24日（土）
「人間のパワーはどこまで高められるのか（仮）」
第4回 2015年1月25日（日）
「人生はどこまで楽しくなるのか（仮）」
第5回 2015年2月1日（日）
「人間のフロンティアはどこまで広がるのか（仮）」
- 雑誌『WIRED』VOL.14
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