富士通、量子コンピューティングとHPCのハイブリッド計算を実現する技術を開発

富士通株式会社は、量子化学計算の問題に対して、量子コンピューティング技術とハイパフォーマンスコンピューティング（以下、HPC）を組み合わせて自動的にハイブリッド計算する量子・HPCハイブリッド計算技術を開発した。

この技術は、世界最大クラスの39量子ビットの量子コンピュータシミュレータ（以下、量子シミュレータ）と、「富岳」のCPU「A64FX」を搭載した「FUJITSU Supercomputer PRIMEHPC FX700」を用いて、利用者の解きたい量子化学計算の問題に応じて、最適な計算手法をAIが自動で組み合わせて選択するものだ。

従来の技術では1つの計算アルゴリズムの中で、量子コンピュータやHPCといったハードウェア層の手段を組み合わせるだけに留まっていたのに対し、この技術ではそれを拡張し、量子アルゴリズムやHPCアルゴリズムといった、より上位層で複数のアルゴリズムを自動的に組み合わせている。

また、分子に対するアルゴリズムの収束の様子を分析することで、どちらのアルゴリズムを用いると精度が高いかを推定可能な技術を開発。

HPCアルゴリズムが精度的に不得意とする問題では、アルゴリズムが解を算出するまでの収束状況に特定のパターンが検出されるため、問題に対して試験的にHPCアルゴリズムで前処理を実行することにより、最適なアルゴリズムの判別が可能となる。

量子化学計算では、無数に存在する分子構造ごとの収束性の正確な推定が難しく、事前に精度の高い解を得るための時間や費用の見積りが困難なことが課題であった。

そこで、富士通が独自に開発を進めている適応型AI技術を用いて、分子構造とアルゴリズムの反復計算と計算時間の関係性を学習することで、事前に計算量を推定可能なAIモデルを構築。精度の高い解が得られるまでの計算量をもとに必要な時間や費用の算出を実現した。

上記2つの技術により得られた量子・HPCアルゴリズムの判別情報や、推定の計算時間と費用に加え、計算資源の使用状況も加味することで、利用者が望む計算時間や費用に応じて、量子化学計算の性能を最適化することができる。

これにより、利用者は専門的な知識が無くとも、解きたい問題に対して最適な形で量子シミュレータとHPC技術を利用することが可能になる。

富士通は今後、この技術の有効性検証やさらなる技術開発を通じて、高度なコンピューティング技術とソフトウェア技術を容易に利用できるサービス群「Fujitsu Computing as a Service」に適用するなど、コンピューティング基盤の開発を進めていくとしている。

プレスリリース提供：富士通

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