일본산업뉴스요약

‘최적화 문제’용 컴퓨터, 일본기업 개발 추진
NEC, 양자계산기로 해독/ 히타치, CMOS 사용하는 장치

현재의 컴퓨터로는 풀기 어려운 ‘조합 최적화 문제’를 전문으로 하는 계산기의 개발이 열기를 띠고 있다. NEC는 2023년에 계산처리 단위인 비트가 수천 비트나 되는 계산기를 만들 계획이다. 히타치제작소나 후지쓰도 개발을 추진하고 있다. 실용화는 해외가 앞서고 있지만 축적된 초전도나 반도체 기술 등을 사용하여 만회를 도모한다.

주목을 받고 있는 것은 ‘어닐링’ 방식의 신형 계산기다. 조합 최적화 문제를 푸는데 특화되어 있다. 영업사원이 여러 지역을 방문할 때 최단 이동거리 경로를 구하는 ‘순회(巡廻) 영업사원 문제’가 대표적이다.

이 문제는 방문하는 지역 수가 늘어남에 따라 선택지가 방대해지기 때문에 기존 컴퓨터로는 풀기 어렵다. 최적화 문제를 단시간에 풀 수 있다면 신약개발이나 물류, 금융 등 폭넓은 분야에서 응용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

NEC의 신형 계산기는 기본 소자가 되는 ‘양자비트’에 빛 입자(광자)의 특징인 ‘중첩 상태’를 이용한다. ‘0’이기도 ‘1’이기도 한 상태를 포함한 상태를 사용함으로써 계산할 수 있는 양을 비약적으로 늘릴 수 있다고 한다.

NEC는 과거로부터 축적된 기술을 바탕으로 신형 계산기의 개발에 착수한다. NEC는 1999년에 세계에서 처음으로 초전도 회로에 의한 양자비트를 실현한 역사를 갖고 있다. 당시의 연구자와 공동으로 2014년에 초전도 회로를 사용한 소자를 개발하였으며 이번에는 그 기술을 응용한다.

신형 계산기의 회로는 콘덴서와 코일을 병렬로 연결한 공진기와 양자 상태를 길게 유지하는 장치로 구성된다. 4개의 양자비트를 하나의 덩어리로 하여 특수한 배선을 하였다. 다양한 조합에 대응할 수 있게 되었으며 조합 최적화 문제의 해독에 적합하다고 한다.

어닐링을 실용화할 때는, 양자비트에 대해서 계산에 이용할 수 있는 ‘중첩 상태’를 지속할 수 있는 시간이 중요하다. NEC의 신형 계산기는 수 마이크로초(마이크로는 100만분의 1)가 된다고 한다. 앞서고 있는 캐나다의 벤처기업 D-Wave Systems의 계산기의 1,000배 이상이라고 한다.

NEC는 시작기를 평가하고 있는 중이다. IoT디바이스연구소의 쓰무라(津村) 소장은 “소규모 시작기는 완성 단계에 가깝다. 금융이나 의료계 등의 분야에서의 응용을 모색해 나간다”라고 말한다.

한편, 히타치나 후지쓰는 기존의 반도체 기술을 응용하여 어닐링 방식을 개발하고 있다. 반도체는 초전도처럼 극저온으로 할 필요가 없으며 실온에서 움직이다. 전력효율이 좋고 집적화하기 쉽다.

히타치는 이르면 이번 여름에 클라우드에서 계산기를 무상 공개한다. CMOS(상보성 금속 산화막 반도체)를 사용하는 장치를 개발 중이다. ‘이징 모델’이라는 최적화 문제를 푸는 계산 모델을 재현하였다.

히타치는 국립정보학연구소나 와세다대학과 공동으로 소자수를 늘리는 연구를 진행한다. 대규모화를 추진하는 외에 홋카이도대학과 소프트웨어 연구에도 착수한다.

후지쓰는 캐나다의 토론토대학과 공동연구를 하고 있으며, 17년 겨울부터 실증 시험을 시작하였다. 특정 고객에 대해 클라우드에서 제공하고 있다. “높은 정밀도가 특징”이라고 담당자는 강조한다.

구체적인 응용 사례로서 창고 안에서 효율적으로 부품을 수집하는 절차를 계산하였다. 기존의 지시서대로 움직이면 이동거리는 193m였지만 계산 결과에서는 138m로 30% 줄었다고 한다. 올해 안에 규모와 정밀도를 모두 확충할 예정이다. 소프트개발은 캐나다의 기업과 공동으로 추진한다.

최적화 문제용 계산기는 NTT나 국립정보학연구소 등의 그룹도 개발을 추진하고 있으며 인터넷 상에서 공개하고 있다.

기존 컴퓨터와 비교하여 훨씬 높은 계산능력을 갖고 있어 ‘만능’으로 여겨지는 ‘게이트형’ 양자컴퓨터 개발에서 일본은 뒤쳐져 있다. 각 사는 어닐링형의 승기를 찾고 있다.

▶주요 차세대계산기 개발자

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