クオンタム・ビジネス――量子コンピューティングによるインパクトと可能性

量子コンピューティングが企業経営・事業にもたらすインパクトと可能性

量子コンピューティングの活用が現実味を帯び始めている。量子コンピューティングは、従来の古典コンピューティングでは解けなかった問題を解決し、多くの業界に対して創造的破壊をもたらす革命的な技術である。我々IBMは、量子コンピューティングに対する先進的な研究開発への取り組みを通じ、お客様と共に、量子コンピューティングを活用した新しいビジネスを創造する担い手となり得る立場にある。本記事では、量子コンピューティングの可能性と共に、この技術が企業経営や事業にもたらすインパクトについて論じる。

1. 量子コンピューティングの概要

まず、従来の古典コンピュータは「0」と「1」の組み合わせで全てを表現しており、これを切り替えるスイッチとして、トランジスタがビット（2進数）を取り扱う。その一方で、量子コンピュータで用いられる量子ビットはスイッチではなく、量子効果と呼ばれる現象を用いて「0」と「1」を同時に表現する。量子ビットを並べて一度に多くの組み合わせを表現できることにより、計算能力は爆発的に向上するのだ。

例えば、2の10乗は1,024であるが、古典コンピューティングでは10ビットを用いても1,024通りの組み合わせのうち、どれか1つを表現できるに過ぎない。しかし量子コンピューティングであれば、10量子ビットで1,024通りの組み合わせを全て一度に表現できる。つまり、計算能力が従来比で約1,000倍となるのだ。さらに、20量子ビットになれば100万倍、30量子ビットになれば10億倍と、指数関数的に処理パフォーマンスが向上する。量子コンピューティングの登場によって、変数が複雑かつ膨大すぎて、今までは現実的に解を得ることのできなかった問題の計算を実行することが可能となる。

ただし、量子コンピューティングは、古典コンピューティングが行ってきたこと全てを代替するものではなく、解くべき問題の種類や性質によって、古典コンピューティングと量子コンピューティングを使い分ける必要性があるということは、この技術を見極める上で、極めて重要な論点である。

したがって、量子コンピューティングの適用を検討する上では、以下のようなレイヤー構造や特徴を理解しつつ、企業経営・事業に対するインパクトを正しく見極めることが肝要となる。

〈量子コンピューティングにおけるレイヤー構造〉
(i)問題の定義・定式化：解くべき課題の構造化と俯瞰的把握、量子コンピューティング適用可能性評価
(ii)システムアーキテクチャ：古典コンピューティングおよび量子コンピューティングからなる全体像の把握
(iii)量子プログラミング：量子アルゴリズムを実環境で動作させるプログラミング環境・開発ツールの整備
(iv)量子アルゴリズム：既知の量子アルゴリズムの理解および新発見への貢献
(v)量子ハードウェア・理論：量子ビット数やエラー耐性など、量子コンピューティング基盤技術の進歩理解

特に、（iv）量子アルゴリズムは、量子コンピューティングのもたらす価値を理解する上で重要な要素の一つである。これは、先述のように量子力学の原理を使って問題を解く方法のことである。量子アルゴリズムは、ユースケース・アプリケーションに直結しており、研究開発も活発に行なわれている領域である。NIST（アメリカ国立標準技術研究所）は、 Quantum Algorithm Zooにて、最新の研究成果をまとめている（2018年10月現在で、約60のアルゴリズムが公開されている）。

ここで重要な点は、まず、ビジネス人材が既知のアルゴリズムの特徴を理解して課題解決への適用を検討すること。そして、ビジネス人材がモデル化した事業課題や定式化した計算問題をサイエンス人材に橋渡しし、サイエンス人材が未踏領域を開拓して新規アルゴリズムを発明することも必要になる。この両輪のプロセスを継続的に推進していくことが重要なのである。

2. 量子コンピューティングが企業経営・事業にもたらすインパクト

量子コンピューティングは、解くべき問題の規模に対し、指数関数的に処理性能が求められる特定の問題の解決に大きな効果を発揮すると考えられている。例えば、機械学習の性能向上や大規模非構造化データ検索の高速化、複雑かつ大規模なシミュレーションの高速化、大規模な最適化問題への解答、といったものである。量子コンピューティングは、こういったこれまで複雑すぎて考えること自体が滑稽であると思われていた問題を解くことができると考えられており、企業経営・事業や社会に大きなインパクトをもたらすことが期待されている。

製造業におけるグローバル・サプライチェーンの問題を例にとってみる。自動車を生産する場合、生産拠点の立地、調達先、生産品目、輸送ルート、販売市場、それぞれの選定において膨大な組み合わせが存在し得る。また、各地のコスト構造、市場価格、為替、税制の変化などの変動要素が業績に大きな影響を与える。変動要素が多ければ多いほど最適解を得るには膨大な計算能力が必要である中、古典コンピューティングでは近似解しか得ることができなかった。しかし、量子コンピューティングであれば、こうした計算に対しての最適解を導出し得る可能性を秘めているのだ。

このような可能性は、製造業だけではなく、運輸、医療・ヘルスケア、化学、金融などの業種が抱える経営課題にも適用できる。特に、課題が認識されながらも、古典コンピューティングでは解くべき手立てが存在しなかった課題に対して、大きな効果を発揮すると考えられている。最適解が分かっている企業とそうではない企業では、中長期的にビジネスパフォーマンスにおいて圧倒的な差がついてしまうだろう。

3.いっそう重要性を増す協創の基盤と量子コンピューティングのユースケース開発

次の図面に示すように、多くの業種やアプリケーションにおいて、量子コンピューティングの適用可能性が明らかになっている。ただ、これらはほんの一端にすぎない。今後、多くの革新が世に現れるにつれて、企業経営や事業が抱える課題に対して、量子コンピューティングのユースケース開発を推進するための、ビジネス人材とサイエンス人材の協創基盤の重要性が増していくだろう。

出典：『 量子コンピューティングによる飛躍の時 (PDF, 864KB)』, IBM Institute for Business Value

例えば、慶応義塾大学とIBMは、2018年5月にIBM Qネットワークハブを開設した。ここでは、その他参画企業の開発者が、米ニューヨーク州IBMワトソン研究所に設置された20量子ビットの商用量子コンピュータIBM Qシステムにクラウドを通じてアクセスする協創基盤を構築している。そして、量子アルゴリズムの検討に基づくユースケース開発や有望な新規アプリケーション領域の検討なども進んでいる。

またIBMの戦略コンサルティング・グループでは、企業経営における問題設定の支援と、その問題のモデル化・定式化を行い、量子コンピューティングをビジネスパフォーマンスの革新や向上につなげるサービス（QVA：Quantum Value Assessment）を開発している。IBMのQVAにおいては、量子コンピューティングの特徴を理解した戦略コンサルタントが、以下の価値を提供することが可能である。

〈QVA：Quantum Value Assessmentの提供価値の例〉
(a)ユースケース：ビジネスをモデル化し、高速化と総当りの価値を識別。適用領域のユースケース策定
(b)ビジネスバリュー：ビジネス価値の仮説設定および仮説検証のためのデータ収集を実施。ROIの推計
(c)ロードマップ：ユースケースにおけるソリューションの構想。量子コンピューティング適用に向けたロードマップとスケジュール策定

4.メリットを享受するために企業経営者は何を最初のステップとして準備すべきか

このような動きの中で、企業はどのような準備をすべきか。特に、貴社が製造、運輸（旅客・貨物の運送）、医療・ヘルスケア、化学、金融に関わる業種である場合や、最適化・機械学習関連技術に携わっている場合、今すぐ量子コンピューティングに取り組むことが有用である。量子コンピューティングは、その検討に要する時間に見合う対価を得るのに十分な進歩を遂げるだろう。

企業の経営幹部が進めるべきステップには、以下のものが考えられる。

第1のステップは、量子コンピューティングに関する検討責任者（Quantum Champion）をアサインすることだ。その役割は、量子コンピューティングに関するワークショップやカンファレンスに参加し、量子コンピューティングおよび競合するアプローチの公平な評価を行なうことである。その活動を通じて、量子コンピューティングを取り巻いて形成されている様々なエコシステムを理解することができるだろう。

第2のステップは、量子コンピューティングのメリットを享受する（またはディスラプトされる）ビジネス領域の特定と評価を行い、どのような量子コンピューティングのアプローチが貴社のビジネスに最適かを判断することである。ここでは、IBM QVAのプロセスも貴社のご検討のお役に立つことができるだろう。

第3のステップは、適切なスキルを持った人材を獲得し、育成することである。 量子コンピューティングの原理は古典コンピューティングとは大きく異なり、基本的な情報単位である「ビット」まで置き換えるものだ。新たな問題解決方法を実行可能な人材は、貴社の重要な宝としてリストのトップに置かなくてはならない。

また、実際の量子コンピューティングに触れてみることも重要である。 無料の量子プロセッサは、クラウド環境から利用可能となっている。 チュートリアルの学習を通じて、オリジナルのアルゴリズムをプログラミングすることも可能だ。この体験は、クオンタム・ビジネスの時代に即した問題を考える手がかりになるだろう。

量子コンピューティングを企業経営・事業に活かすための議論は、業界の垣根を越えて加速

量子コンピューティングを企業経営・事業に活かすための議論・取り組みは、もはや一部の企業の活動にとどまらず、業界の垣根を越えて大きく加速している。
例えば、量子コンピューティングに関するリーディングカンファレンスであるQ2B（Quantum Computing for Business：IBM、Microsoft、Googleがゴールドスポンサーとして運営に参画）では、量子アルゴリズムと量子コンピューティングリソースを使用したアプリケーション開発の促進と、各業界のビジネスリーダーが有望なアプローチについて研究者やプラクティショナーと協力し、実用的な可能性を理解する場が提供されている。

今年度のQ2Bカンファレンスは2018年12月10〜12日の間、米国シリコンバレー（Mountain View, CA）での開催が決定している。ここでは、量子コンピューティングにおけるハードウェアやアルゴリズム、プログラミング環境（開発ツール・プラットフォーム）などの鍵となる技術の最新動向が紹介される。さらに、短期〜長期でのロードマップや有望なユースケース・アプリケーションの領域、自動車、金融、運輸などの各産業界を代表する企業のビジネスリーダーにおけるパネルディスカッションが計画されている。最新のQ2Bカンファレンスに関する現地での参加報告・最新動向は、別途改めてご紹介を差し上げたい。

photo：Getty Images

量子コンピューティングを活用した、IBMの経営戦略コンサルティング