【現場】「新薬開発の難題を解く」…延世大・IBM、次世代量子コンピューター始動

[アイティデイリー] 4日、仁川・松島の延世大学国際キャンパス量子コンピューティングセンターで、「次世代量子コンピューティング・プラットフォーム稼働式」と「次世代量子コンピューティング・プラットフォーム稼働記念メディアブリーフィング」が開かれた。現場では最新量子プロセッサーを搭載した「IBM Quantum System One」の前で、延世大・IBM関係者が記念撮影を行った。写真はキム・ホジュン記者が撮影した。

この日のブリーフィングでは、最新プロセッサー「IBM Quantum Nighthawk(Nighthawk) R2」を導入する意義が紹介された。チョン・ジェホ延世大学量子事業団長は、新薬1個の開発には15年と数兆ウォンの費用がかかり、成功率は10%未満だと説明した。

チョン・ジェホ延世大学量子事業団長はまた、臨床試験前の候補物質の発掘・最適化段階は7〜8年に及ぶ計算中心の領域だと明らかにした。続けて、量子コンピューターは演算のボトルネックを緩和し、革新新薬が患者に届く時点を短縮する核心的なツールだと説明した。

延世大とIBMはこの日午前、アップグレードされた「IBM Quantum System One(Quantum System One)」の稼働を開始した。今回のアップグレードにはNighthawk R2が適用された。延世大は2024年に127キュービットの「Eagle(Eagle)」プロセッサー基盤のQuantum System Oneを導入している。

延世大は、IBM Quantum Network参加機関の自社施設基準でNighthawkプロセッサーを構築した初の事例となった。Nighthawk R2はIBMが9月に公開した最新量子プロセッサーである。このプロセッサーの仕様は、プログラマブル量子ビット120個だ。

Nighthawk R2の特徴は高速量子ビット・リセット・アーキテクチャーである。IBMは、このアーキテクチャーによりエラー率が低減し、演算処理速度が向上すると説明した。Nighthawk R2の性能は毎秒10万個以上の回路実行で、スループットは直前世代の「Heron(Heron)」比で25倍である。

IBMはNighthawkで量子ビット数を拡大するだけでなく、チップ構造そのものを変更した。Nighthawkはチップ全体に物理量子ビット458個を収め、Eagle(127量子ビット)に比べて集積規模を3.6倍以上に拡大した。このうち実際に演算を行うプログラマブル量子ビットは120個で、残りの物理量子ビットは量子ビット間の干渉を制御し、精度を高める役割を担う。さらにNighthawkは量子ビットの接続構造も変えた。

Nighthawkは格子構造を採用し、量子ビットを最大4個まで接続できるようにした。IBMはこの格子構造によって、量子ビット間のデータ伝達過程で発生していた計算遅延とエラーを改善したと明らかにした。これは延世大にあったチップであるEagleが127量子ビットをハニカム形状に構成し、隣接する2〜3個の量子ビットを接続する方式だったことと対照的である。

IBMの発表によると、Nighthawkは2量子ビット・ゲート基準で演算精度約99.7%を記録した。2量子ビット・ゲートは2つの量子ビットのもつれを形成する演算単位で、計算を同時に処理できるようにする。Nighthawkのエラー水準は演算1000回当たり約3回である。量子ビットはわずかな変化でも量子状態が崩壊し、演算エラーを引き起こしやすいため、Nighthawkの低下したエラー率は意味のある成果だ。

IBMは延世大のNighthawk導入を、2029年のFTQC商用化に向かう道標と位置付けた。FTQCは、演算中のエラー検知・訂正によって精度を改善する量子コンピューターである。

Jerry Chow IBM Fellow兼量子中心スーパーコンピューティング CTOは、Nighthawkは従来の量子プロセッサーに比べて演算速度が25倍であり、エラー率も改善されたと説明した。

Jerry Chowは、IBMが毎秒10万回の回路実行速度を維持しつつ、プログラミング可能な量子ビットを500個以上に増やした次世代プロセッサーを開発中だと明らかにした。さらに、今後2年以内に500量子ビット級デバイスの相互接続システムを構築する計画であり、同システムは1000量子ビット以上の稼働を目標にしていると説明した。

4日、仁川・松島の延世大学国際キャンパス量子コンピューティングセンターでは、「次世代量子コンピューティング・プラットフォーム稼働記念メディアブリーフィング」が開かれた。現場には、チョン・ジェホ延世大学量子事業団長、Jerry Chow IBM Fellow兼量子中心スーパーコンピューティング CTO、ペク・ハンヒ IBM量子アルゴリズムセンター・ディレクターが出席した。写真表記はキム・ホジュン記者である。

今回のブリーフィングは、延世大が性能を強化した量子コンピューターを基盤に、バイオ・新薬開発および学際的融合研究を推進する流れの中で設けられた。延世大は、強化された量子コンピューターの性能を基盤に、バイオ・新薬開発および学際的融合研究を推進している。

量子コンピューターは、あらゆる演算で既存のコンピューターより優位にあるわけではない。ただし特定の演算では高い性能を示し、活用分野としては多数の選択肢の中から最適経路を探すことや素因数分解の難題解決、分子・量子シミュレーションが挙げられる。

バイオ・製薬分野で量子コンピューターへの関心が拡大する背景も、こうした演算特性と結びついている。新薬開発過程では、病気を引き起こすタンパク質の探索と治療物質のシミュレーションに長時間を要し、候補物質の探索期間は8年から短縮される可能性が提起されている。これにより、量子コンピューターが当該過程でスーパーコンピューターよりも速く解決できる可能性があり、新薬開発の加速も期待される。

チョン団長は、新薬開発において原因タンパク質・治療用化合物の探索に約8年を要すると説明し、これを減らす手段として、既存のAIアルゴリズムに比べて量子コンピューターを活用した場合、速度が40〜50%向上すると期待すると明らかにした。

延世大は、保健福祉部の韓国型ARPA-Hプロジェクトを遂行し、量子アルゴリズム・AIの並列結合計算パイプラインを構築している。このプロジェクトは、標的タンパク質の発掘期間を1〜2年から5か月に、リード化合物の最適化期間を4年から2年に短縮することを目標にしている。リード化合物は、特定の疾患標的に薬理活性を示し、治療効果が期待される新薬開発初期の化合物である。

チョン団長は、新薬開発で小規模な演算性能向上でも患者に治療剤が届く時点を早め、薬価引き下げに寄与し得ると明らかにした。また、治療剤を確保できずに命を落とし得る患者を救うことが、量子コンピューティングの社会的価値だと述べた。

4日、仁川・松島の延世大学国際キャンパス量子コンピューティングセンターでは、IBMの次世代量子プロセッサー「Quantum Nighthawk」の稼働デモンストレーションが行われた。デモ現場では、延世大の量子コンピューター演算結果を日本の理化学研究所スーパーコンピューター「Fugaku」へ送る過程が表示された。この日には、量子コンピューターの物理的限界克服を推進するハイブリッド・インフラ連動の成果もあわせて紹介された。

IBMは、量子コンピューターとスーパーコンピューターを接続するハイブリッド・インフラの開発を推進している。量子コンピューターは特定の問題に有効だが、エラーが頻発する特性がある。また、あらゆる問題を担うことはできないという限界もある。

これにより連携方式は、一般的な演算業務は古典コンピューターが担当し、量子力学的特性が必要な領域は量子コンピューターが担当する構造で成り立つ。この日紹介されたハイブリッド・インフラ連動の成果は、こうした方式で量子コンピューターの限界を補完することに焦点を当てた。

延世大とIBMは、日本の理化学研究所(RIKEN)と協力し、松島の量子コンピューターと神戸市にあるスーパーコンピューター「Fugaku(Fugaku)」を専用通信網で接続した。運用構造は、量子コンピューターの計算結果をFugakuに送信し、Fugakuの最適化結果を延世大に再送信する方式である。伝送遅延時間は20ミリ秒(ms)前後である。

延世大は、量子分野の基盤を広げる過程で、国内の教育・研究拡大とともに海外の有力大学とも協力を模索している。延世大は英国ケンブリッジ大学と量子研究所の相互分院設置を協議中であり、ケンブリッジ大学の産学協力専担部門である「ケンブリッジ・エンタープライズ」は今月中に延世大にアジア初の拠点を設ける予定である。

この日の懇談会では、量子コンピューターの運用方式と費用に関する質問が取り上げられた。チョン団長は、今回のアップグレードに投入された費用規模は公開していないと明らかにした。また、プロセッサー交換は過去2年間の延世大の教育・研究成果を基に、IBMと協議して決定された案件だと説明した。さらに、サブスクリプション・モデルで導入契約を締結しており、アップグレード自体による追加費用はないと伝えた。

延世大は2024年にQuantum System Oneを導入して以降、裾野拡大に注力してきた。Quantum Academyを開設し、初・中・高校生から一般人までを対象とした教育プログラムを運営している。昨年は大学院に量子情報科学課程を開設し、現在50余人の修士・博士を養成中である。大学側は、こうした基盤の上で今回のアップグレードが量子研究と産学協力の拠点として位置付けられる契機となることを期待している。

出典：IT DAILY · キム・ホジュン 原文：https://www.itdaily.kr/news/articleView.html?idxno=242700

参考資料

• https://www.itdaily.kr/news/articleView.html?idxno=242700