量子コンピューティングとHPCが未来のパワーカップルになる理由

Owen Thomas オリジナル記事「Why Quantum Computing and HPC Are the Future Power Couple」

コンピューティングにおいて、最大のブレークスルーはしばしば舞台裏で起こる。最新のスマートフォンの発売やストリーミング・アプリのアップデートでは目にすることはないが、そのインパクトは産業、科学的発見、国家インフラを形作ることがある。HPCはそのような静かな勢力である。そして今、HPCは量子コンピューティングという注目の新参者と戦略的提携を結ぼうとしている。

量子コンピューティングは、創薬から気候モデリングまで、あらゆる分野に革命をもたらすSFのような技術だと聞いたことがあるかもしれない。それは事実かもしれないが、現在ではそれ自体ではない。本当のところは、量子とHPCがどのように連携し始めているかにある。それは、まだ始まったばかりではあるが、世界で最も困難な問題を解決する方法を変えるかもしれないパートナーシップである。

あらゆるタスクに対応する頭脳

HPCはコンピューティング界の頭脳だと考えてほしい。HPCは、詳細な天気予報や次世代航空機の設計、分子レベルでの病気のシミュレーションを可能にする。これらのマシンはしばしば広大なデータセンターに設置され、膨大なデータセットを圧倒的なスピードと精度で処理する。

グーグルが開発した量子コンピューター

対照的に、量子コンピューティングは横並びで考える脳のようなものだ。単に計算速度が速いだけでなく、計算方法が異なるのだ。量子システムは一度に1つの解を分析するのではなく、重ね合わせやもつれといった原理のおかげで、一度に多くの可能性を探ることができる。このため、特定のタイプの問題、特に分子のモデル化やサプライチェーンの最適化など、不確定要素や複雑な変数、膨大な潜在的結果を伴う問題に対して、信じられないほどの威力を発揮する。

例えるなら、迷路の最短ルートを探そうとするようなものだ。HPCは、あらゆる経路を次から次へと電光石火の速さで理路整然と試すかもしれない。一方、量子コンピューターは、複数の経路を同時に探索し、シナリオによっては最も有望な経路まではるかに速く選択肢を絞り込むことができる。

しかし、量子コンピューターはまだ繊細だ。感度が高く、製造コストが高く、HPCが毎日扱うような重労働にはまだ対応できていない。そのため、量子コンピューターは従来のシステムに取って代わるのではなく、最も必要とされる分野に特化した支援を提供することで、従来のシステムとともにその地位を確立しつつある。

溝を埋める

今年の国際スーパーコンピューティング会議（ISC）では、顕著な変化が起こった。量子コンピューティングはもはや余興として扱われることはなかった。クラウド・コンピューティング、AI、スーパーコンピューティング・インフラと並んで、メイン・トピックに組み込まれたのだ。

このコラボレーションの多くはまだ実験的なものだ。今日、多くの組織がHPCシステムを使って量子コンピューティングのシミュレーションを行い、量子にインスパイアされたアルゴリズムを開発し、現実世界での統合がどのようなものになるかをテストしている。やがては、量子プロセッサーがGPUのような専門ツールのような役割を果たし、HPCシステムに呼び出されてタスクを解決した後、仕事を返すようになるだろう。

しかし、このハイブリッド・モデルの構築は、単に新しいハードウェアを接続するだけではない。新しいソフトウェア、新しいトレーニング、そして新しい考え方が必要なのだ。HPCと量子の分野は、一方はエンジニア、もう一方は物理学者や数学者という異なる世界から来たものだ。両者が効果的にコラボレートできるシステムを作ることは挑戦である。しかし、それは大きなチャンスでもある。

スキルギャップを埋める

最大のハードルのひとつ？は人材だ。量子アルゴリズムを理解している開発者はまだ少ない。HPC環境での適用方法を理解している開発者はさらに稀だ。両システムの橋渡しをするツールやソフトウェアはまだ生まれたばかりで、標準規格も進化している。

カリフォルニア州パサデナにあるAWS Center for Quantum Computingで開発・製造された超伝導量子ビット量子チップ。クレジット：AWS

このギャップは進歩を遅らせる可能性があるが、同時に投資が必要な場所を指し示している。私の会社では、クライアントがテクノロジーだけでなく人材も準備できるよう支援している。量子コンピューティングを採用し、統合する方法を理解することは、戦略的優位性につながるからだ。

10年前のクラウド・コンピューティングへの移行が新世代のIT専門家を必要としたように、量子コンピュータとHPCの融合は、両方の言語を話すことができる労働力を要求する。

政府、産業界、イノベーション競争

これは民間企業だけの問題ではない。各国政府は、国家安全保障、製薬、気候科学、金融モデリングなどにおける飛躍的進歩の可能性を認識し、量子研究に多額の投資を行っている。官民のパートナーシップは加速しており、学術機関、新興企業、ハイテク大手のすべてが、ハイブリッド・コンピューティングの未来を形作る役割を担っている。

イギリス、ドイツ、アメリカなどの国々が量子ロードマップを発表しており、先進的な企業はすでに利用例を模索している。例えば、エネルギーや物流の分野では、量子アルゴリズムによって貨物輸送ルートの効率的なスケジューリングが可能になり、排出量とコストの削減が同時に実現する。医学の分野では、量子モデルが分子の挙動をシミュレートすることで、より迅速な医薬品開発が可能になるだろう。

誇大広告ではなく戦略を

量子コンピューターと人工知能を比較するのは簡単だが、その比較は誤解を招く。AIが爆発的に普及したのは、膨大なデータ・プールの上に構築され、訓練によって素早く改善できるからだ。一方、量子コンピューティングは繊細なハードウェアの進歩に依存しており、同じような急速なペースには乗らない。

だからといって量子の重要性が低くなるわけではない。ただ、その道のりはより遅く、より専門的で、長期的にはより深いものになるだろうということだ。このような未来を活かそうと考えている企業は、今すぐ基礎固めを始め、量子がどのような分野に適しているかを探り、ハイブリッド対応のインフラを構築し、サイロを越えて考えるようチームに促すべきである。

なぜなら、量子コンピューティングの準備が整ったとしても、ファンファーレで発表されることはないからだ。私たちがすでに利用しているシステムに静かに組み込まれ、そのシステムでできることを根本的に拡張していくだろう。

静かなる革命

量子のHPCへの統合は、微妙だが重要な変化の始まりを意味する。あるシステムを別のシステムに置き換える競争ではなく、よりスマートで適応性の高いコンピューティングへの移行である。

私の会社では、組織がこの転換期を乗り切るのを支援し、野心的でありながら現実に即した戦略を準備している。なぜなら、パフォーマンス・コンピューティングの世界では、最も重要なブレークスルーは、常に最も大きな音とは限らないからだ。時には、2つの異なる世界が一緒になったときに、より良くなることを知ることから生まれることもあるのだ。

先を見据える

ハイブリッド量子HPCシステムへの道のりは、簡単でも早くもないだろう。しかし、それだけの価値はある。産業界がシミュレーションやモデリング、データ駆動型の洞察への依存度を高めるにつれ、新しいコンピューティング・パラダイムの必要性が明確になっている。HPCのスピードと量子の繊細さを備えたハイブリッド・システムが、人類の次世代の課題を解決するための標準的なアーキテクチャになるかもしれない。

今のところ、最善の策は戦略的準備である。スキルを身につけ、柔軟なインフラに投資し、分野間のコラボレーションを促進することだ。未来が到来したとき、まだ傍観している人たちを未来は待ってはくれないからだ。

著者について オーウェン・トーマスは、英国を拠点とする独立系HPCコンサルタント会社Red Oak Consultingの共同設立者、シニアパートナー、HPC業界リーダーである。HPCの世界で35年を超える豊富な経験を持つ。HPC業界全体から認められ、信頼されているトーマスは、戦略への助言、調達のサポート、高度な技術を要するプロジェクトの立ち上げから完了までの管理に尽力してきた。2004年にRed Oak Consultingを設立する以前は、HPC分野の大手優良企業数社に勤務していた。