「解けなかった解析」を量子で突破できるか 三菱電機が挑む「量子CAE」：メカ設計インタビュー（1/4 ページ）

製品の高性能化／高機能化に伴い、CAEで扱うシミュレーションは大規模化、複雑化している。こうした中、三菱電機はQunaSysと共同で、CAEへの量子コンピュータ活用に向けた2つの基盤アルゴリズムを開発した。量子CAEは現在どこまで進んでいるのか。従来のCAEとはどのように使い分けられ、将来の設計／解析環境をどう変える可能性があるのか。三菱電機の研究者に話を聞いた。

[八木沢篤，MONOist]

　三菱電機は2026年8月24日、QunaSysと共同で、CAEへの量子コンピュータ活用に向けた2つの基盤アルゴリズムを開発したと発表した（関連記事：量子CAE実現へ前進　三菱電機とQunaSysが2つの基盤アルゴリズム開発）。

　CAEで扱う流体、熱、構造、電磁界などの物理シミュレーションの多くは、大規模な行列計算として表される。今回開発したのは、大規模な行列データを量子コンピュータで扱いやすい形に整理して量子計算の実行コストを削減する基盤アルゴリズムと、量子回路の設計に必要なパラメーターを安定的に求め、量子計算の精度向上につなげる基盤アルゴリズムだ。

　同開発では、三菱電機が基盤アルゴリズムの全体設計と製造業（CAE）への適用可能性の検証を、QunaSysが基盤アルゴリズムの開発と実装支援を担当した。

　今回、三菱電機 研究開発本部 情報技術総合研究所 量子プロジェクトグループ 量子HPC利活用G グループリーダーの福田智教氏と、同グループの村上浩章氏に、量子CAEの現在地や今回の開発成果、今後の展望について話を聞いた。

大規模化／複雑化するCAE、量子コンピュータへの期待

　CAEは、計算機を用いたシミュレーションなどによって、製品の設計や性能を事前に検討するための技術である。流体や熱、構造などに関する方程式を計算機で解き、試作前に性能評価や設計探索を行うことで、製品開発の効率化や高度化につなげる。

　一方、製品の高性能化や高機能化に伴い、CAE自体も大規模化し、より高精度な解析を行うために複雑化している。その結果、従来のコンピュータでは計算が困難なケースも実際に出始めているという。

　一般的なCAEでは、形状や材質などの設計条件を設定し、解析モデルを準備して物理現象をシミュレーションする。そこから必要な物理量を算出して性能指標を評価し、その結果を基に設計を改善して再計算するという流れを繰り返す。

三菱電機 研究開発本部 情報技術総合研究所 量子プロジェクトグループ 量子HPC利活用Gの村上浩章氏 出所：三菱電機

　村上氏は「この中で最大のボトルネックになっているのが、物理現象をシミュレーションするステップだ。ここは非常に時間を要する部分で、計算の本質は行列計算になる。この部分を量子コンピュータで高速に解くことができれば、CAE全体の大きな変革につなげられる」と説明する。

　量子コンピュータへの期待の背景には、量子ビットが持つ広大な表現空間がある。量子ビットが1つ増えると、量子状態を表す係数の数は倍となり、表現できる状態空間は指数関数的に広がる。ただし、実際に扱える問題のサイズがどの程度増えるかは、アルゴリズムにも依存する。

　さらに、量子の重ね合わせや量子もつれといった原理を活用し、量子干渉によって計算を効率化することで、巨大な行列計算を現実的な時間で解くことを狙う。三菱電機は、こうした量子コンピュータの特性を大規模な物理シミュレーションに生かすことを、“量子CAEの可能性”として見据えている。

量子コンピュータの特性を活用し、大規模な物理シミュレーションを高速に解く「量子CAE」への期待［クリックで拡大］ 出所：三菱電機

「量子なら速い」わけではない――入力／計算／出力それぞれの課題

　とはいえ、量子コンピュータを利用すれば、大規模なCAE計算をそのまま高速化できるわけではない。

　量子アルゴリズムでは、大きく「入力」「計算」「出力」の3つのステップを考える必要がある。通常のコンピュータで保持しているデータを量子回路で扱える形へ変換して入力し、量子回路上で計算した後、得られた量子状態から必要な情報を取り出すという流れだ。

　村上氏は「古典コンピュータの感覚では『計算』のところだけコストを考えていればよいというイメージを持ちがちだが、実際には入力にも出力にも大きなコストがかかる。慎重に設計しないと、『ただただ大きい問題を、古典コンピュータよりもゆっくり時間をかけて解いた』という結果となり、量子の恩恵を得られなくなる」と指摘する。

　今回の研究開発では、この3つのうち「入力」と「計算」に着目した。

量子アルゴリズムにおける「入力」「計算」「出力」の3ステップと、今回開発した2つの基盤アルゴリズムの対象領域［クリックで拡大］ 出所：三菱電機

　現時点における量子CAEの現在地について、村上氏は「正確には、まだ最適なアルゴリズム自体を探索している段階だ」と説明する。理論的な基盤は整いつつあるものの、実際の問題に適用した際に、古典コンピュータを上回る量子加速が得られるかどうかは、物理現象や行列の構造など、問題ごとに細かく精査する必要があるのだという。