■量子コンピュータ・アプリケーションをサーバーレス・アーキテクチャで運用する方法と課題 量子コンピュータに関するニュースが増えており、クラウド上の量子コンピュータを操作できるサービスも増えています。昨年、AWSも量子コンピュータを提供するサービス「AWS Braket」を発表し、いよいよ誰でも量子コンピュータを触れる時代になっていきます。 このセッションの前半では、量子コンピュータの特徴・現状やよくある誤解について紹介し、量子コンピュータを取り巻く状況を把握します。 後半では、量子コンピュータ(実機)を使ったアプリケーションをAWSで運用している事例を紹介し、量子コンピュータ・アプリケーションをサーバーレス・アーキテクチャで開発・運用する上での課題について説明します。 数式は登場せず、クラウドを扱うITエンジニア向けの内容です。

1. 量子コンピュータ・アプリケーションを
サーバーレス・アーキテクチャで運用する方法と課題
JAWS DAYS 2020 ONLINE
#jds2020_track_d
束野 仁政
1
@snuffkin

2. 自己紹介 束野 仁政(つかの さとゆき)
経歴
• 学生時代は数学専攻
• ソフトウェア・エンジニアを経て
⇒東京大学先端科学技術研究センターで
量子コンピュータ・プログラマ
量子コンピュータの面白さを広める活動
• 量子コンピュータの同人誌
「高校数学からはじめる量子コンピュータ」シリーズ1～2巻
 紙版 https://www.melonbooks.co.jp/circle/index.php?circle_id=44909
 電子版 https://snuffkin.booth.pm/
 書泉グランデさんでも扱っています
• 量子コンピュータの入門記事を連載
 CQ出版社Interface誌 2019年8月号～11月号「動かしながら始める量子コンピュータ」
• 勉強会での発表や、OSS活動等
2
@snuffkin
※この発表は個人の見解であり、所属組織の公式見解ではありません

3. 目次
1. 量子コンピュータの盛り上がり
2. 量子コンピュータの現状
3. 量子コンピュータの今後
4. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
3

4. 4
量子コンピュータの盛り上がり
～2019年後半の量子コンピュータ関連ニュースから～

5. 量子コンピュータの盛り上がり
5
Googleの量子超越性の発表を受け
Bitcoinが暴落
量子コンピュータによる
暗号解読を不安視
https://coinpost.jp/?p=114188
スーパーコンピュータで1万年かか
る問題をGoogleの量子コンピュータ
が200秒で解いたと発表
～量子超越性～
https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html

6. 量子コンピュータの盛り上がり
6
AWSが量子コンピュータを実行でき
るクラウドサービスを発表
～Amazon Braket～
2020年3月現在、private preview?
https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/amazon-braket-get-started-with-quantum-computing/
Microsoftが量子コンピュータを実行
できるクラウドサービスを発表
～Azure Quantum～
2020年3月現在、private preview?
https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2019/11/04/announcing-microsoft-azure-quantum/

7. 量子コンピュータの盛り上がり
7
東京大学とIBMが
Japan–IBM Quantum Partnership
の
設立に向け検討を開始
～量子システム技術センター～
https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/articles/z0801_00005.html
巨大IT企業を中心に
量子コンピュータの研究開発や
クラウドサービス化が加速している

8. 8
量子コンピュータの現状

9. 量子コンピュータの現状
9
実際のところ、どうなの？
暗号は解読されちゃうの？
スーパーコンピュータは使わなくなるの？
多くの方が抱いている疑問

10. 量子コンピュータの現状
10
スーパーコンピュータで1万年かか
る問題をGoogleの量子コンピュータ
が200秒で解いたと発表
～量子超越性～
https://ai.googleblog.com/2019/10/quantum-supremacy-using-programmable.html
現在の量子コンピュータが
古典コンピュータ(従来のコンピュータ)より
速いのはこの問題だけ
量子コンピュータは得意だが、実社会への応用が難しい問題

11. 量子コンピュータの現状
11
現在使われている暗号には
まったく歯が立ちません
数年後でも解読できないでしょう
Googleの量子超越性の発表を受け
Bitcoinが暴落
量子コンピュータによる
暗号解読を不安視
https://coinpost.jp/?p=114188

12. 量子コンピュータの現状
12
現在の量子コンピュータは
ライト兄弟の初飛行に
たとえられるような段階Scott’s Supreme Quantum Supremacy
FAQ!
https://www.scottaaronson.com/blog/?p=4317
実用的な古典コンピュータと
くらべるとオモチャみたいなもの

13. 量子コンピュータの現状
13
なぜ量子コンピュータが
注目されているのか

14. 量子コンピュータの現状
14
【ムーアの法則】
2年で計算能力が2倍
指数関数的に成長
Julben
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moores_law.svg

15. 量子コンピュータの現状
15
半導体集積回路が小さくなり続けた結果
集積度が限界を迎えている
NVIDIA CEO Jensen Huang
“Moore's Law has finished.”
ムーアの法則は終わった
https://nvidianews.nvidia.com/bios/jensen-huang
https://www.cnet.com/news/moores-law-is-dead-nvidias-ceo-jensen-huang-says-at-ces-2019/

16. 量子コンピュータの現状
16
【量子コンピュータ】
指数関数的に高速に解ける
問題が発見されている
量子コンピュータへの期待

17. 17
量子コンピュータの今後

18. 量子コンピュータの今後
18
• 3年
• ERATO 5年
• Q-LEAP 10年
• 量子技術イノベーション戦略 20年
• ムーンショット型研究開発制度 30年
量子コンピュータ関連の主な国内研究プロジェクト
実用的な量子コンピュータの実現には十年単位の時間が必要
とは言っても、そんなに待てないので
今の量子コンピュータでの応用も研究されている

19. 量子コンピュータの今後
19
というか、量子コンピュータに
完全に置き換わることはないと思います
スーパーコンピュータは、今後も現役です

20. 量子コンピュータの今後
20
•量子コンピュータは
得意な問題だけ高速に解ける
•実現後もメインは古典コンピュータ
•GPUのように特定用途で利用される
古典コンピュータと共存

21. 21
サーバレス・アーキテクチャで
量子コンピュータ

22. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
22
量子コンピュータは雲の上の話ではない
IBMは実機をクラウド公開している
量子コンピュータを
身近に感じて欲しい
量子コンピュータのアプリを
作成して公開しました

23. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
23
量子星占い Quantum Horoscope
量子コンピュータが出力する乱数を元に
星座別にその日の運勢を順位付け
朝の情報番組でやっているようなやつです
http://www.quantumcomputer.tokyo/horoscope.htm
l
毎日IBMの量子コンピュータから
ご神託を受け取っています
AWS上でサーバレス・アーキテクチャで動作

24. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
24
公開後に思わぬ反応が…
タロット占い向けの
需要があるらしい

25. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
25
簡単にやるなら、こういうアーキテクチャ？
量子コンピュータ(実機)
ユーザ
EC2から定期実
行
非同期
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
EC2に何かあったらユーザに影響出るし、
このアーキテクチャは古いよね
Webコンテンツ

26. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
26
WebコンテンツはS3に置こう(理想はCloudFront)
量子コンピュータ(実機)
ユーザ
EC2から定期実
行
S
3
非同期
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
量子コンピュータの実機は世界中からアクセスがあり、
レスポンスに数時間かかるケースあり
課金を考慮し、EC2を起動し続けたくない
Webコンテンツ

27. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
27
サーバレス・アーキテクチャなら課金額は少ないはず
量子コンピュータ(実機)
ユーザ
Step Functions &
Lambda
S
3
CloudWatch
Event
非同期
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
よさそうに見えるが、落とし穴があった…
Webコンテンツ

28. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
28
1. AWS Lambdaのファイルサイズ上限を越えた
IBMの量子コンピュータを使うためのPythonライブラリ(Qiskit)の
依存ライブラリが数百MBあるため、ファイルサイズ上限を越えた
Lambda Layerにあれば、それを使うようにした
使わなそうな依存ライブラリは自前のLayerには含めないようにした
(言うのは簡単だけど、とても大変でした)
2. Qiskitがmultiprocessingを使っており、エラーとなる
AWS Lambdaではmultiprocessingが使えない
Qiskitを改造し、multiprocessingを利用しないようにした
ハマった落とし穴は、予想外に面倒な問題でした
何とかクリアしました

29. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
29
運用してみました
量子コンピュータ(実機)
ユーザ
Step Functions &
Lambda
S
3
CloudWatch
Event
非同期
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
量子コンピュータ(実機)がメンテナンス中でエラー
実機は複数あるため、メンテナンス中は別の実機に問い合わせるようにしたい
成功・失敗をSlackで通知したい
量子コンピュータ(実機)の結果は保存しておき、確認できるようにしたい
Webコンテンツ

30. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
30
最終的なアーキテクチャ
量子コンピュータ(実機)
ユーザ
運用者
Step Functions &
Lambda
DynamoD
B
S
3
CloudWatch
Event
Slack
非同期
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
これで、安心できるようになりました
AWSからの請求額は$0.72/月→サーバレス・アーキテクチャすごい
この金額で量子コンピュータ・アプリケーションを運用できます
Webコンテンツ

31. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
31
しかし、新たな問題が発生
量子コンピュータ(実機)
ユーザ
運用者
Step Functions &
Lambda
DynamoD
B
S
3
CloudWatch
Event
Slack
非同期
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
実機へのアクセス時にエラーが発生。実機側のライブラリがバージョンアップした？
現在Webコンテンツを更新できず
変化が速いので仕方ないか。また、自前のLayerを作り直し…
Webコンテンツ

32. サーバレス・アーキテクチャで量子コンピュータ
32
AWSを使っている以上、いずれはこうしたい
ユーザ
運用者
AWS
Braket
DynamoD
B
S
3
CloudWatch
Event
Slack
Webページを閲覧
量子コンピュータを実行し
Webページを更新
Webコンテンツ
待ち遠しい！

33. 33
まとめ

34. 34
•古典コンピュータと量子コンピュータは共存
•実用的な量子コンピュータの実現には
十年単位の時間が必要
•すでに量子コンピュータにアクセスできる
ぜひアプリケーションを作ってみよう！