将来、確率的コンピュータは存在するか

John Russell

量子コンピューティングコミュニティが信頼性の高いシステムを追い求めているとしても、イノベーションは量子コンピューティングの機能の一部を「模倣」はするが、それほど複雑でないマシンで実行される技術開発を中心に続けられている。「確率的コンピューティング」もしくは少なくともその一歩踏み出した世界へようこそ。パデュー大学と東北大学の研究者は、Natureにおいて、確率ビット（pビット）を作成して使用し、最大945までの整数を因数分解した概念実証研究を発表した。

Kerem Casmari（パデュー大学）と深見俊輔（東北大学）が率いるこの研究は、最適化（エネルギーコスト）問題のクラスに適しているようだ。これが断熱的量子アニーリングに少し似ているようであれば、あなたは正しい、著者はゲートベースの量子コンピューティングをエミュレートするためにも使用できると述べている。

研究者らは、論文 （Integer factorization using stochastic magnetic tunnel junctions）に次のように書いている。

a、 現在のMRAMテクノロジーからわずかに変更されたスタック構造を持つ確率的MTJの測定セットアップ。b、従来のMRAM技術およびこの作業のpビットで使用されるMTJのMTJの磁化方向のP状態とAP状態間のエネルギープロファイル。

a、 現在のMRAMテクノロジーからわずかに変更されたスタック構造を持つ確率的MTJの測定セットアップ。b、従来のMRAM技術およびこの作業のpビットで使用されるMTJのMTJの磁化方向のP状態とAP状態間のエネルギープロファイル。

「重要な役割は確率的ビット（pビット）によって果たされます。これは、ニューラルネットワークに触発された原理を使用して、同じシステム内の他のpビットと相互作用する0〜1の時間で変動する堅牢で古典的なエンティティです。ここでは、スピントロニクス技術を使用した確率的コンピューティングの概念実証実験を紹介し、断熱的およびゲーテッド量子コンピューティングによって対処される問題の最適化クラスの実例である整数因数分解を示します。確率的挙動を示すナノスケール磁気トンネル接合は、市販の磁気抵抗ランダムアクセスメモリ技術を変更することにより開発され、室温で動作する3端子pビットを実装するために使用されます。」

論文によれば、pビットは電気的に接続されて機能的な非同期ネットワークを形成し、それに3体および4体の相互作用を実装する修正された断熱量子コンピューティングアルゴリズムが適用される、とのことである。「最大945個までの整数の因数分解は、8個の相関pビットを使用したこの初歩的な非同期確率コンピュータで実証されており、結果は理論的予測とよく一致しています。」

著者らは、デコヒーレンスと極低温動作の現在の要件、および「実装可能な限られた多体相互作用」がすべて、典型的な量子コンピュータにとって課題となっていることに注目している。彼らは、「確率的コンピューティングは、量子コンピューティングと同様の概念を共有しているが、上記の課題によって制限されていない別の型破りな計算スキームです」と記載している。

論文へのリンク：https : //www.nature.com/articles/s41586-019-1557-9