AIが量子回路8種を自律設計、点加算の演算数を17分の1に減らした設計が示す意味とは

分析・見解

量子ビットを増やしても演算を減らす選択の価値

量子計算の回路設計は、節約の綱引きである。量子ビットを減らせば装置は小さくて済むが、計算の途中で出る不要な中間データの後始末が増え、演算回数がふくらむ。逆に量子ビットを多めに使えば、演算は減らせる。

今回の点加算回路は、この関係を極端な形で示した。量子ビットは従来の最小設計より12％増えたが、演算回数は約17分の1になった。量子ビットは今もっとも高価な資源なので、増やすのは損に見える。だが演算が減れば、誤りが積み重なる機会も減る。現在の装置では、量子ビットの数よりも、ミスなく何回動かせるかが壁になる場面が多い。12％の上乗せで演算が17分の1になるなら、割に合う可能性は高い。

履歴を残さず復元する方式が効く理由

AIが見いだしたのは、計算履歴を全部保存せず、必要なときに復元する方式だという。古典コンピュータでは、メモリが足りなければ途中結果を捨て、後で計算し直すのは定番の手である。しかし量子では事情が厳しい。量子計算は元に戻せる形で進める必要があり、不要になった中間データも勝手には消せない。消すには、逆向きの計算で元の状態へ戻す作業が要る。

どこまで残し、どこで戻すか。この組み合わせは膨大で、人間が全体を見渡すのは難しい。広い候補から良い組み合わせを探す作業は、AIの得意分野である。ただし、元の発表の範囲では細かな手順までは分からない。結果の検証方法や、特定の装置に依存しないかは、今後の確認が要る。

8課題中7課題という数字をどう読むか

8課題のうち7課題で改善というのは強い結果だが、全勝ではない。残る1課題では、既存手法を上回れなかったことになる。基本回路は足し算や掛け算といった部品にあたる。部品が少し軽くなるだけで、それを何千回も使う大きなアルゴリズム全体のコストに波及する。建物でいえば、ねじや梁の規格が改善するようなものだ。

一方で、部品の最適化と、量子計算機が実用になることは別の話である。誤り訂正（＝計算中のミスを自動で直す仕組み）まで含めた全体のコストで、同じ利得が出るかは検証が必要だ。

暗号の解読に必要な規模の見積もりも下がる

点加算は、楕円曲線暗号を扱う計算の中心部品である。この暗号を量子計算で破る場合、点加算回路の大きさが必要な装置規模の見積もりの土台になる。部品が軽くなれば、見積もりは下がる方向に動く。

もちろん、すぐに脅威が現実になるわけではない。必要な量子ビットの数は、今の装置から桁違いに離れている。それでも注目すべきは、見積もりが下がり続けるという傾向だ。AIが設計に加わると、その下がり方が人間だけの時代より速くなるかもしれない。