未踏ターゲット事業：2020年度採択プロジェクト概要（川村PJ）

1．担当PM

• 棚橋 耕太郎（株式会社リクルートコミュニケーションズ リードエンジニア）

2．採択者氏名

• 川村 一志（東京工業大学・科学技術創成研究院・特任助教）

3．採択金額

• 1,800,000円

4．プロジェクト名

• アプリケーション特化型イジングマシンの設計とFPGAへの実装

5．応募枠

• 通常枠

6．関連Webサイト

• なし

7．申請プロジェクト概要

2020年現在、イジングコンピューティング・量子アニーリングは大きな注目を集める技術のひとつであり、本技術をもとに開発されたイジングマシンは、組合せ最適化問題を効率的に解けるものとして期待されている。ところが、現状では汎用性の高い(多くのアプリケーションに対応可能な)マシンの設計が原則となっており、結果的に多くの問題で計算プロセスに冗長性が生まれ、各種問題を“高精度に解く”段階には至っていない。本プロジェクトでは、イジングコンピューティングの持つ冗長性を解消するようカスタマイズされた半導体ベースのイジングマシンを設計し、FPGAへの実装を通して、本イジングマシンの有用性を実証する。

本プロジェクトでは、二次割当問題に特化したイジングマシンの設計・実装を基本とする。同時に、二次割当問題に帰着可能なアプリケーションを調査し、当該アプリに共通の要素と一部アプリにのみ現れる独自要素を抽出することで、本プロジェクトのイジングマシン設計に入れ込む要素を選定する。また、カスタムイジングコンピューティングを効果的に普及するための成果公表方法についても検討する。

8．採択理由

近年、様々な原理に基づくアニーリングマシンが活発に開発されている。これらはイジングモデルという統一した問題を扱うことで高い汎用性を有している。一方、実際の問題をアニーリングマシンで解くには問題をイジングモデルに変換する必要があるため、解く問題によっては問題が冗長に表現されてしまい、アニーリングマシンの性能を十分活かしきれない場合がある。本提案では、実際の問題でよく使われる制約のパターンをハードウェアレベルで表現できるようにし、冗長性の問題を解決しようとしている。この仕組みを実現するために、実装の試行錯誤が容易なFPGAを使ってソルバを作成する。

本プロジェクトで提案する仕組みを備えたアニーリングマシンはこれまで開発されておらず、新規性が高いと言える。また、応募者は事前にソフトウェアシミュレーションを用いて提案手法の妥当性を確認しており、このソルバが実現した場合の効果についても高い期待が持てる。