2022年度未踏ターゲット事業採択プロジェクト概要（内藤PJ）

1．担当PM

• 棚橋 耕太郎（株式会社リクルート）
• 徳永 裕己（日本電信電話株式会社 コンピュータ&データサイエンス研究所 特別研究員 博士（理学））

2．採択者氏名

• 内藤 壮俊（東京大学 大学院情報理工学系研究科）

3．採択金額

• 2,200,000円

4．プロジェクト名

• イジングマシンを活用したスケーラブルな量子コンパイラの開発

5．応募部門

• ベーシック部門

6．応募枠

• 通常枠

7．関連Webサイト

• なし

8．申請プロジェクト概要

量子コンパイラにおいて、量子ビットの割り当ては実行時エラーの抑制に大きく寄与するが、最適解の探索は非常に難しいことが知られている。この問題に対し、イジングマシンを使うというアプローチが提案され、小～中規模デバイスに対して高い効果を発揮することが明らかになった。

近年、量子デバイスの規模は急速に拡大し、大規模デバイス向けのスケーラブルな量子コンパイラへの需要が高まっている。本プロジェクトでは、そのような背景を踏まえて、イジングマシンの強みを活かした、大規模デバイスにも適用可能な、スケーラブルな量子コンパイラの開発に取り組む。これにより、量子計算の効率化を多様なデバイスに対して実現し、量子アルゴリズムの精度向上に貢献する。

本プロジェクトの成果物はPythonで実装され、ライブラリとして公開される予定である。これにより、本プロジェクトの成果物は多様な量子プログラミング環境からアクセス可能となり、より多くのユーザーにコンパイル機能を提供できるようになると期待される。

9．採択理由

【棚橋PM】
アニーリングマシンを用いてすでに既存のライブラリの性能を大きく超える量子ゲートコンパイラを作成しており、アニーリングマシンの有用な応用例として面白いだけではなく、今後大規模化する量子ゲートを効率的に使いたいという量子ゲートユーザの立場から見ても魅力的なプロジェクトである。

取り組む内容としては、より大規模な問題を扱えるようにQUBOの定式化や問題分割を改善する手法を提案しているが、さらに量子ゲートの性質を生かした方法についても進められると面白い。

このため、本プロジェクトはアニーリングマシンの知識に加えて、量子ゲートの知識や量子ゲートのユーザの視点が必須であり、区分1及び区分2の両PMで担当することで、相乗的に良い成果が生まれると期待している。

【徳永PM】
ゲート型の回路設計のための最適化をイジング型で行うという面白い課題であり未踏性が高い。

調査、検討もよくされており、既にこれまでに事前に行われた研究開発もある上、今後の計画も明確なものがあるので課題遂行は十分期待ができる。スケーラビリティについてもよく検討されており、かなり大規模な実装が可能になる見込みがあるので、本開発が有益となる課題設定などについてアドバイスを行なっていくことで新たな良い成果が生まれることを期待したい。