2024年の量子コンピュータ市場は8億3,000万ドルに

John Russell

量子コンピューティング市場は、どのようなものであろうか。多くの資金が投入され、活気に満ちているが、まだ混沌としており、予測不可能な方法で進歩している（例：競合する量子ビット技術）ため、量子コンピューティングの状況は目まぐるしく変化している。例えて言うならば、量子コンピューティング技術のコミュニティは、それぞれが重ね合わせた状態にあり、まとまった形になるまでには至っていないと考えてほしい。

Hyperion Research社のチーフ量子コンピューティングアナリストであるBob Sorensenは、先日開催されたバーチャルHPCユーザーフォーラムにおいて、量子コンピューティング分野を編集可能な形で表現した。Hyperion社によると、現在はまだ小さい（2020年に3億2,000万ドル程度）ものの、2024年には8億3,000万ドルに成長すると予測している。（年平均成長率27％）

Sorensenは、市場のダイナミクスに広く焦点を当て、技術の深堀りは避けた。かなりの部分が春に開催されたHPCユーザフォーラムでおなじみの内容であったが、最新情報もあった。ソレンセンは、競合する量子ビット技術（半導体、トラップイオン、光学、トポロジカルなど）について、早い段階で次のようなコメントをして基調講演を行った。「私が言いたいのは、やや挑発的かもしれませんが、もし時計の針を15年前に進めることができたら、選択する量子モダリティはまだこのリストにはないかもしれないということです。」

多くの人がそう思っていることだろう。量子情報科学の研究開発とその商業化の取り組みは急速に拡大しており、最終的な量子コンピューティングシステムやアプリケーションの状況がどのようになるかについて多くを語ることは困難だ。ただ、何らかの形で量子領域が存在することは確かなようだ。Sorensenは、QC参加者（政府、企業、地域）とQC技術をぎっしりと詰め込んだ図表を提示し、詳細はともかく現在の熱狂の範囲を強調した。

「今日の議論から皆さんに得ていただきたいことがあるとすれば、量子コンピューティングは単独の技術ではないということです。ある島には古典的なコンピューティングがあり、別の島には量子コンピューティングがある、というわけではありません。量子コンピューティングは、高度なコンピューティングのためのツールキットの中の1つのツールという意味合いが強いのです。量子コンピューティングは、重要ではあるが狭い範囲のアプリケーションに対して大きな性能上のメリットを提供し、最終的には高度なコンピューティングアーキテクチャ全体を補完するものであり、それに取って代わるものではないという意味で、GPUの一種であると考えてください。」

まず、市場のグローバルな性質と支配的なプレーヤーについて説明しよう。

Sorensenは、国別に発表された論文の数を例に挙げ、「これは、40年間の米国のリーダーシップに基づいて、米国がデフォルトで所有しているものではないのです。2カ月ほど前に、非常に簡単なクエリ（量子関連の論文発表）を行ったところ、過去5年間で約1万7,000件の質の高いR&D論文を見つけることができました。面白いと思ったのは、これらの出版物に相応の研究活動を掲載している世界の他の国々の数です。これは国際的な現象なのです。」と述べている。

Sorensenは、「インドやカナダ、英国など、IT大国とはいえない国が、量子コンピューティング分野に早くから積極的に取り組んでいるのがわかります。」と述べている。

Sorensenは、ジャーナルに掲載された論文を見て、中国が研究をリードしていると考えることには注意が必要だと述べている。「中国の学術機関が上位に表示されるのは、中国で起こっていることの大半をこれらが担っているからです。中国で何が起こっているかを知りたければ、基本的にはこの2つの組織を見て、中国の他の国が何をしているかの前兆を知ることになります。一方、研究開発関連の出版物の数がほぼ同じであった米国では、より多くの研究施設、大学、政府の研究施設など、より広範な基盤を持っています。」

Sorensenは、世界各地で行われている非競争的な共同作業の増加を挙げている。その一例が、米国政府が資金提供している米国の「量子経済開発コンソーシアム」である。「この組織は、量子コンピュータの非競争的な側面を育成するための、非常に自由でオープンな組織です。欧州の量子産業コンソーシアムでも同じようなことが起きていて、そこにはQCサプライヤーと大手産業プレーヤーが混在しています。」

日本では、通信業界大手のNTTが、日本の大手企業11社による協力体制を開始したという。

Sorensenは、「ここ数カ月、ドイツでも同じことが行われています。自動車メーカーや先進的な製造業、投資会社など10社の産業界のプレーヤーが、ユースケースに基づいて、サプライヤーが提供する量子コンピューティングをどのように推進するかを検討しています。」と述べている。

これらの取り組みは、実質的にすべて、商業的な量子コンピューティングのための地域および国家のインフラを育成することを目的としている。量子技術の標準化、サプライチェーンのフレームワーク、資金調達、ユースケースの特定、市場戦略などが課題となっている。これらの取り組みはかなり最近のことであるが、それは、量子コンピューティングとそれに関連する量子技術が、近いうちに実用化されるだろうという世界的な期待の高まりを反映したものであり、それが何を意味するのか、誰もしっかりと把握していないようだ。

「現時点では、その時期を予測することはできません。この分野は、飛躍的に進歩することもあれば、少しの間じっとしていることもあります。」とSorensenは言う。

Hyperion社の調査によると、潜在的な量子コンピューティングのユーザは、通常のHPCの進歩に比べて4〜5年程度の飛躍を求めて量子技術への移行を望んでいるという。これは、現在の方法に比べて約50倍の改善になるという。「私が必要としているのは、古典的な世界で見られるような、競合他社に対する4〜5年のブーストです。古典的なHPCでは、HPCの進歩を5年も待てば、50倍の性能向上が得られるのです。これは、量子領域のサプライヤーにとって重要なポイントですが、ユーザは競争上の優位性と経済的な利益を求めており、（量子超越性のような）あまり積極的で遠くまで届く可能性は求めていない、ということです。」とSorensenは述べている。

では、量子コンピューティングのコミュニティは、どのようにしてここからそこにたどり着くのだろうか？

量子技術は、多くの人が「パイロット/プロト」アプリケーションやユースケースを検討しているものの、今すぐプライムタイムに使える状態ではないと考えている。近い将来のトレンドとして期待されているのは、量子情報に基づいた、あるいは量子に触発されたアプローチの開発だ。前者の一例であるZapata Computingは、量子コンピュータを使って入力（主に乱数）を生成し、古典的なシステムで使用している。また、古典的なシステム上で量子インスパイア型の最適化技術を実行する例も数多く見られる。これは、量子コンピューティングのアルゴリズムを古典的なデジタルシステム上で使用できるようにしたものだ。もちろん、Rigetti、IBM、D-Waveなどの純粋な量子企業も、さまざまな開発段階で積極的に商業活動を行っている。

これらのほとんどは、まだPOC段階のプロジェクトである。しかし、これだけ多くの個人、企業、学会、政府が必死になって量子コンピューティングに取り組んでいるので、加速度的な進歩は必然であると感じられる。そのうちわかるだろう。

Sorensenは、通常のアプリケーションを挙げた。特に注目されているのは、物理シミュレーション（化学、材料科学）で、重ね合わせやエンタングルメントを利用するという量子コンピューティング特有の利点が活かされるはずだと述べている。また、最適化も大きな課題のひとつで、近い将来の実用化につながる可能性がある。

Sorensen次のように述べている。「機械学習や深層学習などの古典的な人工知能の世界で行われていることを補強するために、量子加速による機械学習の機能についても興味深い研究が行われています。今、最も注目されているのは、量子の最適化の可能性です。既存のアルゴリズムや目的関数を用いて、結果を最大化するためのより良い方法を見つけ出すことができます。例えば、ゲートで折り返すエアバス機の貨物室に、大量の荷物などを積み込むための最適な方法を見つけ出すことができます。」

(更新情報：下記の表（QC Software Suppliers Abound Across QC Modalities）では、AgnostiqがIBMのみをサポートしていると誤って表示されている。同社によると、「このソフトウェアは、実際に以下のすべてのベンダーに対応している。Amazon Braket、Google、IonQ、Xanadu、IBM、D-Wave、東芝、(そして)Rigetti。」この表は、Hyperion Researchの発表資料から転載したものであるが、誤りがあったにもかかわらず、量子ソフトウェア企業のコミュニティがいかに大きくなっているかを示すものとして、記事に残した。)

総括してSorensenは、「この分野が素晴らしく、混乱していて見ていて面白いのは、開発が多方面で（並行して）行われていることです。ハードウェアではさまざまな量子ビットの方式が登場しています。人々はインターコネクトについて考えています。1000量子ビットのプロセッサを作ったとして、それを100万プロセッサのシステムにどうやって構成するか。また、量子LANという考え方もあります。産業界で実際に優れた性能を発揮するシステムを実現するために、QCの全体的なアーキテクチャをどのように考えればよいのでしょうか。」

近い将来、量子コンピューティング分野には多くの課題が残されている。技術だけでなく、労働力の問題やビジネスモデルなど。ご期待ください。

2021年秋に開催されたHPCユーザーフォーラムでのBob Sorensenのプレゼンテーションのスライドから引用。