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成果報告書詳細
管理番号20180000000033
タイトル平成29年度成果報告書 非ノイマンコンピューティング及び量子技術に関する技術動向調査
公開日2018/12/7
報告書年度2017 - 2017
委託先名株式会社三菱ケミカルリサーチ
プロジェクト番号P99029
部署名技術戦略研究センター
和文要約将来のIoT社会では、膨大なセンサ群から収集されるデータや情報の処理としてAIの活用が期待されている。AIを支える技術として従来のノイマン型コンピューティングに基づくディープラーニングの研究開発が進展する中、超高速、超低消費電力を目指しニューロモルフィック(脳型)コンピューティング等の非ノイマン型コンピューティング技術のアプローチとともに、量子技術による量子コンピューティングや量子通信・暗号といった新たな情報処理基盤技術の研究開発が各国で進んでいる。
本調査では、次世代コンピューティングとして、ニューロモルフィック(脳型)コンピューティング、確率モデルコンピューティング、量子コンピューティング、量子通信・暗号の四分野を対象とした。
調査は四分野の、近年の注目すべきニュースの抽出、各国の大学・研究機関・企業の調査、国際会議やシンポジウム等の動向調査、各国の公的研究開発支援プログラムと人材育成の動向調査、論文・特許の国別や件数上位のランキング調査、それらの結果をもとに、国内有識者へのヒアリング、さらにワークショップの開催を実施した。
一連の調査から以下のことが分かった。非ノイマンコンピューティング及び量子技術に関して各国で長年基礎的な研究開発が進行している。四分野は、技術や応用市場においてここ10年で大きく変化しており、この3年間で技術の実証や進展、応用の新提案など急激な変化が見られる。特にニューロモルフィック(脳型)コンピューティングや量子コンピューティングでは、IT大手や、ベンチャー企業が、多額かつ多数の公的研究開発支援プログラムの下、実用化に向けて積極的に活動し、技術と市場の主導権を握ろうとしている。四分野とも、技術的には、米国が圧倒的な規模と質で先行している。欧州では、多額かつ多数の公的研究開発支援プログラムや人材育成が進行しており、基礎研究と並行し実用化に向けた研究開発が加速している。中国も国家戦略の下、量子情報技術に欧米に匹敵する多額の公的研究開発支援を行っている。日本は、原理的な方式や基礎技術に優れ、特許や論文等の学会活動で相応の貢献をし、量子コンピューティングでは、方式など原理的な技術を発明、周辺技術を開発している。しかし実用化に向けての研究開発は、質、量ともに欧米及び中国に見劣りしている。
日本の取り組むべき課題と方向性は、ニューロモルフィック(脳型)コンピューティングでは、活発化するエッジ側機器の高速化・低消費電力化があり、それを解決する一つの方向として低ビット演算等独自アーキテクチャやデジタル/アナログ混載システムの開発が挙げられる。確率モデルコンピューティングでは、深層学習が確率モデルを取り込む動きに合わせて、脳型コンピューティングでの活用促進が挙げられる。量子コンピューティングでは、本命方式の見極め、MW開発、仲間作りなどが挙げられる。量子通信・暗号では、超長期バックアップ保管技術開発、量子コンピューティングとの融合、耐量子計算機暗号と量子暗号との共存技術の開発が挙げられる。
英文要約AI is anticipated as a tool for processing the data and information collected by the enormous array of sensors in IoT society. Among technologies supporting AI, R&D of deep learning based on non-von Neumann computing is progressing, and various approaches are being adopted including neuromorphic computing. Further, R&D of new core technologies such as quantum computing, and quantum communication/cryptography is underway. This survey collated information across the four fields for next computing: neuromorphic computing, probabilistic model computing, quantum computing, and quantum communication/cryptography.
The survey collated recent notable news articles, investigated international meetings and symposia. Further, the survey investigated public research and development support programs, and ranked leading countries by number of academic papers and patents. Along with all of these findings, Japanese experts were interviewed and workshops were convened to collect information and document technology trends and issues.
The survey findings revealed the following. Various countries have been undertaking fundamental R&D related to non-von Neumann computing and quantum technology for many years. The four fields have each undergone extensive changes and in past three years, rapid changes in the verification of technologies and their progress. Particularly in the fields of neuromorphic and quantum computing, major IT and venture companies, are actively engaged in activities that target practical application amid the backing of well-funded public R&D support programs, and these companies are attempting to gain the initiative in terms of both technologies and markets. In four fields, the U.S. is leading technologically in terms of both scale and quality. In Europe, numerous well-funded public R&D support programs and human resources development initiatives are underway. China is also investing large sums that rival those of Europe and the U.S. in public R&D support programs for quantum information technology as national strategy.
In the field of quantum computing, Japan has invented theoretical technologies such as formulae and it is developing peripheral technologies. However, Japan lags behind Europe, the U.S., and China in practical application.
In terms of the issues Japan should address the courses of action, accelerating edge device processing speeds and reducing their power consumption is important in neuromorphic computing. In probabilistic model computing, to incorporate probabilistic models into deep learning was identified. In quantum computing, ascertaining fundamental methodologies, MW development, and forming partnerships were identified. In quantum communication/cryptology, ultra-long term backup storage technology development, and shared technology development for post-quantum cryptography and quantum cryptography were identified.
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