優勝は誰の手に？スパコンの威力を社会課題の解決に活かす「NECスパコン・プログラミングコンテスト」最終審査

　日本電気株式会社（以下、NEC）は昨年11月29日より、NEC製スーパーコンピュータ「SX-Aurora TSUBASA」を活用した社会課題の解決をテーマに、NECスパコン・プログラミングコンテストを開催した。3月3日の決勝イベントでは、1次審査を通過したファイナリスト3組がプレゼンを実施。6人の審査員による最終結果が発表された。

スパコン「SX-Aurora TSUBASA」を使ったプログラミングコンテスト

　SX-Aurora TSUBASAはNECが開発したベクトル型スーパーコンピュータ。ベクトルプロセッサを広く一般的に活用できるPCIeカードタイプのベクトルエンジンに発展、幅広いラインナップを揃えることで、HPC領域だけではなくAIやビッグデータ解析などの領域でも、手軽に活用できるようになっている。

　今回のプログラミングコンテストのテーマは、SX-Aurora TSUBASAを活用して、Auroraが搭載しているベクトル型プロセッサの性能を活かし、社会課題の解決に貢献できるものであること。プログラミング期間は11月30日から2月10日の午後5時まで。応募者は年末年始も使って、作品の構想を練ったり、プログラミングしたりしていたのだろう。開会挨拶を行ったNEC プラットフォーム販売部門の岡田修平氏は、「『こんなに速くなる方法があるのか』『こんな社会課題をこんなアイデアで解決できるのか』など、社内で非常に盛り上がる作品が集まった」と話す。

　決勝イベントに残った3組は、その中でも非常に個性が目立った提案だったという。審査員を務めるのは審査委員長の田尾研二氏、先述の岡田氏を含めたNEC プラットフォーム販売部門のメンバー5人とカゴヤ・ジャパンの鶴岡謙吾氏の計6人。審査基準は社会貢献度、市場有望度、CPUとの性能の差という3つの観点で総合的な判断となる。

量子ゲート方式のハードウェア限界突破を目指す「Alpha-Qu」

　最初にプレゼンを行ったのは小林博一氏。応募プログラムは量子コンピュータの動作をソフトウェアでシミュレートする量子回路シミュレータ「Alpha-Qu」。汎用的な量子ゲートを組み合わせて電子回路を構成する量子ゲート方式を採用したシミュレータである。

小林博一氏

　量子コンピュータは、従来のコンピュータでは難しかった複雑な社会課題を解決するツールとして期待が高まっている。だが、量子コンピュータ実現にはエラー発生の割合が多く、期待した計算結果にならない、膨大な費用が必要というハードウェアの課題に加え、量子の特長を生かした特別なアルゴリズムが必要という課題がある。「そこでAlpha-Quの出番」と小林氏。Alpha-Quであれば、ハードウェアの登場を待たずして量子コンピュータ相当の動作検証が可能になるからだ。

　現在、Alpha-Qu以外にも手軽に使えそうなシミュレータはいくつか登場している。だが、それらのシミュレータは計算できる量子ビット数が20～30程度と限界がある。だが、Alpha-Quは最大41量子ビットのシミュレートが可能。量子回路次第では60量子ビット程度でも実行可能だという。20量子ビットを超える量子回路では、100倍、1000倍、1万倍というレベルの処理速度の向上が図れている。メモリの使用量も1％未満。「従来のシミュレータとの性能の違いがAlpha-Quの特長」と小林氏は胸を張る。

処理速度の比較

　このような性能の違いが出るのは、従来の量子ビット数を増やすためのアプローチと、Alpha-Quのアプローチが異なるからだ。従来は量子ビット数を増やすためのアプローチとして、サーバを増やしてデータを分散するというアプローチを取っていた。だが、Alpha-Quのアプローチは、0以外の状態ベクトルのみを保持することで性能改善を図る。

　他のスパコンと比較してみると、その性能は圧倒的。富岳512台によるショアのアルゴリズムを使ったN=253の素因数分解に要した時間は463秒、一方、Alpha-Quではたった3秒と150倍もの性能改善を実現。「SX-Aurora TSUBASA1台で、富岳512台×150セットよりも価値がある効果を示したと言えるのではないか」と小林氏は言う。今後、量子コンピュータの研究が加速していくことは間違いない。Alpha-Quの発表は、SX-Aurora TSUBASAは量子アニーリング方式の世界だけではなく、量子ゲート方式でも世界一を獲得する可能性を示すことができたと言えるのかもしれない。

　小林氏の発表の後、質疑応答が行われた。

　「すばらしいパフォーマンス。社会課題の解決ということでいうと、どういうことがターゲットになるのか」という鶴岡氏の質問に対し、小林氏は「量子コンピュータの発展は、ハードウェアが壁になり停滞しています。Alpha-Quが採用したアプローチにより、その壁を取り払い、一気に量子コンピュータの発展を加速させることができる。つまり量子コンピュータの発展させることが、社会課題の解決に貢献できると考えました」と回答した。