コラボレーションによるイノベーションの加速富士通量子シミュレータチャレンジ2024

富士通は、現在においても将来においても、量子コンピュータの開発においてリーダー的存在であることを目指しています。富士通は先日、40量子ビットのCPUを用いた状態ベクトル量子シミュレータを発表しました。A64FXプロセッサーを搭載した1,024台のFX700ノードを基盤に構築されたこのシステムは、計算効率とスケーラビリティにおいて飛躍的な進歩を遂げています。

この技術革新の中核となるのが、大阪大学と株式会社Qunasysが独自に開発した世界最速クラスの量子シミュレーション・プラットフォーム「Qulacs」です。富士通はQulacsを強化し、クラスタシステム全体で並列実行と分散処理を可能にしました。また、Message Passing Interface（MPI）技術を活用し、Scalable Vector Extension（SVE）操作でメモリ帯域幅を最適化することで、富士通は性能とスケーラビリティを大幅に向上させました。

富士通はさらに、強固な開発エコシステムの重要性を認識し、広く使用されている量子コンピューティングフレームワークであるQiskitと部分的に互換性を持つソフトウェア開発キット（SDK）を導入しました。これにより、開発者の技術障壁が下がり、使い慣れた環境で量子アプリケーションをシームレスに構築・テストできるようになりました。

富士通の量子シミュレータの最新バージョンは、新たに2つの重要な技術的進歩を特徴としています：VQE（Variational Quantum Eigensolver：変分量子固有値ソルバー）高速化技術とQDD（Quantum Decision Diagram：量子決定グラフ）技術です。

この革新的な技術により、量子シミュレータ上で実行される量子・古典ハイブリッドアルゴリズムが最大200倍高速化されます。これにより処理時間が劇的に短縮され、量子化学や材料科学における大規模シミュレーションの可能性が広がります。

この技術革新の鍵は、複数のグループにまたがって多数の量子回路計算を同時に処理することにあります。従来、量子クラシカル・ハイブリッド・アルゴリズム・シミュレーションの計算量は、問題の複雑さに応じて指数関数的に増加し、大規模な課題を解決する際のボトルネックとなっていました。富士通のアプローチは、計算ノード数に応じて計算時間を線形に短縮できる可能性があります。この技術は、MPI（Message Passing Interface）を用いたノード並列計算技術と分散処理技術、および精度劣化を抑えながらハミルトニアンの項を削減する技術を組み合わせたものであり、従来の200倍の速度で32QubitのVQE計算を実現します。