NVIDIA社から最新のcuQuantumという量子コンピュータシミュレータが発表されました。 目玉はマルチGPU環境を構築することで大幅に量子コンピュータのシミュレーションの性能を伸ばすことができる点です。これまでの量子コンピュータのシミュレータはGPUでは性能を伸ばすことはできないと考えられていて、大きなメモリとCPUを活用するのが一般的でしたが、NVIDIA社ではこれらGPU間の接続を機械学習の需要と掛け合わせて改善し、大きな速度向上を得られるようになりました。 cuQuantumのサイト<a href="https://developer.nvidia.com/cuquantum-sdk" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://developer.nvidia.com/cuquantum-sdk</a> 実は上記のcuQuantumは日本の技術で作られています。数年前より国内で作成を開始し、日の目を見てNVIDIA社の正式技術となりました。 日本人技術者による担当記事<a href="https://developer.nvidia.com/blog/achieving-supercomputing-scale-quantum-circuit-simulation-with-the-dgx-cuquantum-appliance/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://developer.nvidia.com/blog/achieving-supercomputing-scale-quantum-circuit-simulation-with-the-dgx-cuquantum-appliance/</a> 急激に世界標準となった高速シミュレータNVIDIA社のcuQuantumはお手元のGPUで活用できるプロ向けの量子コンピュータシミュレータで、量子ゲート方式と呼ばれる方式向けの世界基準のツールとなっています。すでに全世界でGoogleやAmazon、IBMなどが中核技術として位置付けており急激に採用が進んでいます。 <img src="https://assets.blueqat.com/public/uploads/us-east-2:4805ff4b-c3cc-4344-b165-86544c34d0bf/2022/10/16/221016cuquantum.jpg"/> 全世界で多くの企業や研究所がこのツールの統合にかかわっており、主に北米の大手ITやメガベンチャーが採用されています。北米以外ではスペインのスパコンセンターのQIBOと、中東・アジア圏では唯一弊社blueqat社が公式に取り上げられています。その他、北米ではAmazonのaws、GoogleのCirq、IBMのQiskit、オークリッジ国立研究所のexaTNとXACC、ボストンのメガベンチャーZapataのOrquestra、トロントのメガベンチャーXanaduのPennylaneとなっています。 <a href="https://developer.nvidia.com/cuquantum-sdk" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://developer.nvidia.com/cuquantum-sdk</a> <img src="https://assets.blueqat.com/public/uploads/us-east-2:4805ff4b-c3cc-4344-b165-86544c34d0bf/2022/10/16/cuQuantum-SDK-NVIDIA.png"/> 世界最高性能のGPUシミュレータの活用について現状でできることやこれからできることなどが多くあります。 ２種類のシミュレータを搭載するcuQuantumcuQuantumのすごいところは二種類のシミュレータを搭載している点です。状態ベクトルシミュレータcuStateVecとテンソルネットワークシミュレータのcuTensorNetがあります。 cuStateVec状態ベクトルシミュレータ状態ベクトルと呼ばれるベクトルを時間ごとに保存して計算する。すべての情報を保存しながら計算するので、メモリの制約で50量子ビット程度までの計算に限定される。時間ごとに計算し、密な計算もできるので、FTQC向けアルゴリズムなどに向いている。VQE/QPE/QAE向け cuTensorNetテンソルネットワークシミュレータ状態ベクトルを保存せず、特定の物理量だけを狙い撃ちで必要な計算だけを行う。全状態を保存しないので、数百、数千、数万量子ビット程度まで計算できる目算がたてられている。結合が密だと計算量が増えて計算ができない。量子ビット数が増える分、もつれは制限される。QAOA/QML向け 現在先行して開発が進んでいますのはcuStateVecの方となっていて、弊社としてもまずはcuStateVecから入門されることをお勧めしています。 この二種類のシミュレータは背後の数学的な成り立ちがかなり異なっていますので、同じ計算をするにしても得意不得意があります。特に将来的な誤り訂正量子コンピュータを意識した、量子化学や金融などの密な量子回路計算はcuStateVecシミュレータ、現在のNISQと呼ばれるようなエラーの多い量子コンピュータ向けの疎な計算で最適化や機械学習などはCuTensorNetをお勧めしますが、現在まだcuTensorNetの技術的な部分が固まっていませんので、最適化や機械学習もcuStateVecを利用するので問題ないかと思います。 cuStateVecとcuTensorNetの違いはその使える量子ビット数と量子回路の深さとなっていて、cuStateVecは深さに制限がないものの量子ビット数が50に制限されます。また、cuTensorNetは深さに制限がありながら利用できる量子ビット数を多く使えるという利点があります。最初は50量子ビットまでのcuStateVecで量子コンピュータの計算に慣れていただくというので良いかと思います。 <img src="https://assets.blueqat.com/public/uploads/us-east-2:4805ff4b-c3cc-4344-b165-86544c34d0bf/2022/10/16/221016cuquantum (1).jpg"/> 利用したいアプリケーションに合わせてシミュレータを変更するというのが結構大変ですが、量子化学、金融、暗号と決まっている方は当面cuStateVecでよいかと思います。用途も実用というよりは研究が主目的になるかと思います。 cuTensorNetに関しては弊社blueqat社の顧客様に先行的に内部で技術提供しておりまして、外部公開は当面先となる予定ですが、希望がありましたら対応いたします。 <img src="https://assets.blueqat.com/public/uploads/us-east-2:4805ff4b-c3cc-4344-b165-86544c34d0bf/2022/10/16/221016cuquantum (2).jpg"/> アプリケーション領域は、量子化学・金融・組合せ最適化（製造など）・機械学習となっています。 実績弊社ではすでに多くの企業や大学、研究所のユーザー様に本cuQuantumをご利用いただいております。特に、既存のGPUをすでに活用していただいている企業や大学様はディープラーニングと全く同じ構成でそのまま量子コンピュータに取り掛かっていただけます。また、cuStateVecとcuTensorNetは別のシステムですが、必要とされるGPU要件は似通っていますし、作る量子回路はほぼ同じなのでソースコードなどの使いまわしなどが可能です。ぜひこの機会にお手持ちのGPUをお手軽量子コンピュータ開発用へと変貌させてくださいませ。 事業化弊社ではcuQuantumを使ったGPUでの事業化サポートなどを国内の開発企業などをサポートさせていただきたいと思います。是非この機会に量子コンピュータの事業化をGPUから始めてみませんか？必要な技術などはすべて弊社の方からセミナーや打ち合わせを通じて提供させていただきます。 アライアンス事業化に合わせて様々な不安や知識不足があると思います。弊社では多くの企業と一緒に共同でcuQuantumを活用するアライアンス（1-2年程度）を組ませていただき、基礎的な導入部分や事業化の取り掛かりを支援させていただきます。参加費は無料です。是非ご参加ください。 GPUの販売とサポート予算をかけてGPUの購入やサポートを受けたいという企業や組織の方は、弊社のお付き合いのあるGPU販売会社様と連絡を取っていただいて導入や設置を含めたトータルな導入を支援させていただきます。 株式会社キング・テック サーバー事業部担当：佐々木圭司メール：<a href="mailto:hpc@kingtech.co.jp" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: var(--chakra-colors-blue-500);">hpc@kingtech.co.jp </a>電話：03-5816-2100 株式会社ジーデップ・アドバンス<a href="https://www.gdep.co.jp/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://www.gdep.co.jp/</a> コミュニティコミュニティはdiscordで運用しています。#custatevecというチャンネルを作りました。資料はdiscordで配布します。<a href="https://discord.gg/ZxF8dAFzxc" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 110, 219);">https://discord.gg/ZxF8dAFzxc</a>こちらからご参加ください。 アライアンスや導入のblueqatお問い合わせ先<a href="https://corp.blueqat.com/ja/contact_ja" rel="noopener noreferrer" target="_blank">https://corp.blueqat.com/ja/contact_ja</a>

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Yuichiro Minato