世界初の量子優位達成したクノバ(Qunova Computing)、1000倍速いアルゴリズムで不可能を現実に

– 既存のスーパーコム限界を超えた量子優位性を達成

-100時間かかった計算40分で…道路補修から新薬、新素材開発まで

– 「量子コンピュータ市場が本格的に始まる変曲点で市場をリードする技術力確保」

量子コンピューティングの革新を先導するクノバコンピューティング（Qunova Computing、以下、クノバ）は「HI-VQE（Handover Iteration Variational Quantum Eigensolver）」アルゴリズムで世界初の量子優位（Quantum Advantage）を実現した。これにより、これまで作られた物質だけを学習していたAIの限界を超え、新たな物質を創造して予測できるようになった。

2021年にKAISTで教員創業で始まったキュノバは、イ・ジュング代表（KAIST電気電子工学部教授兼任）が率いる量子コンピューティングソフトウェア専門企業だ。キュノバは化学問題解決用HI-VQEと最適化ソリューションHI-VQA、熱力学ソリューションHI-VQLSなどすべてのアルゴリズムを年内に発売し、一般人が使用できる量子アルゴリズムベースの新薬・新素材デザインプラットフォームミルキーウェイ（Milky Way）と分子解析ソフトウェアパルサ（Pulsar）を2027年まで発売

キュノバは、世界で2番目に大きいスーパーコンピュータ「ふくく」を保有した日本のリケン（RIKEN）とも研究を進めている。リケンとの共同研究により、クノバの量子アルゴリズムが世界最高水準のスーパーコンピュータよりも高速で正確であることを立証している。

ソウル江南区事務所で会ったイ・ジュング代表と量子コンピューティング、量子優位性、キュノバが開発しているアルゴリズムとソフトウェア、ビジネス計画について話を交わした。

量子コンピュータと量子優位性

現在、私たちが使用しているコンピュータは0と1のビットで情報を処理します。しかし、量子コンピュータは「キュービット」は異なる単位を使用する。キュービットの核心は「重なり」と「絡み合い」という量子力学的現象にある。ネストは、0と1が同時に存在することを可能にし、もつれは、複数のキュービットが互いに連結されて情報を共有させることである。既存のコンピュータが迷路を解くときに一つずつ道を訪れる方法であれば、量子コンピュータはすべての道を同時に探索する能力を持つ。したがって、特定の問題では、指数関数的に高速な計算が可能です。たとえば、既存のコンピュータが迷路で出口を見つける方法は、1つずつ道を探索するのと同じです。 A道を行って見て行き止まった道なら帰ってきてB道を試みるように順次進行される。一方、量子コンピュータは、重なりともつれという量子力学的現象を活用して、すべての道を同時に探索することができる。

キュービットが1つ追加されるたびに計算能力が2倍ずつ増加する。 40キュービットならペタスケールのコンピューティングが可能で、60キュービットになると現在のスーパーコンピュータでは不可能な問題を解決できる。 60キュービットが重要な理由はここにある。量子優位とは、量子コンピュータが既存のスーパーコンピュータよりも特定の問題でより迅速かつ正確に計算できる状態を実現することをいう。つまり、既存のスーパーコンピュータでは不可能だった問題を量子コンピュータで解決できるようになる。理論的には40キュービットから量子優位が始まるが、実用的な産業活用には60キュービット以上が必要だ。

世界で初めて量子優位達成…

キューノバは最近、世界で初めて量子優位を達成したアルゴリズムを商用化して注目されている。現在、VQE（Variational Quantum Eigensolver、量子コンピュータと古典コンピュータを組み合わせたハイブリッド量子アルゴリズム）は、量子コンピューティング市場の40〜50％を占めるコアアルゴリズムです。このようなVQEよりも性能を100倍以上改善したゲクノバのHI-VQEで、HI-VQEは68キュービット規模だ。

キューノバは去る3月にHI-VQEアルゴリズムをIBMのキスケットファンクションズ(Qiskit Functions、IBMが量子コンピューティングエコシステム構築のために作ったコアプラットフォームとして量子コンピューティング分野の「アプリストア」と言える)プラットフォームに登録した。

この代表は「IBMのキスケット・ファンクションズに登録されたソフトウェアは7つなのに、その中で量子優位を達成したのはキュノバが唯一です。

「重要なのは、キュービット数ではなく、現在のスーパーコンピュータよりも高速で正確に計算したり、より正確に計算するユースケースを達成することです。

キューノバは「2024年クォンタムコリア」のイベントで世界初のリアルタイムデモを披露した。硫化リチウム（Li2S）という化合物の分子構造解析をリアルタイムで示した。これは世界で初めて量子コンピュータを活用し、実際に意味のある計算結果をリアルタイムで得る過程を公開的に見せた事件だった。これまで量子コンピュータハードウェア会社は自分たちの機器が動作することを示すことができたが、実際に意味のある計算結果をリアルタイムで得る実証はなかった。

30年間の量子コンピューティング研究の末に創業

世界唯一の量子優位を達成したキュノバは、ある日突然行われたのではない。イ・ジュング代表の量子コンピューティング旅程は30年前にさかのぼる。 1996年、米国NEC研究所で量子コンピューティング研究を始めたこの代表は、この分野の産証人といえる。

「2018年に韓国で初めて大学量子コンピューティングITRCセンターを誘致しながら本格的な研究を始めました。 ところが研究だけでは限界がありました。

同代表と共同研究をしてきた南アフリカ共和国のフランチェスコ・ペトルチオーネ（Francesco Petruccione）教授が共同創業者として参加した。ペトルチオーネ教授は量子機械学習分野の世界的権威者で、最初の量子機械学習教科書を書いた人物だ。

現在26人の職員の半分が外国人であり、21人が研究開発者、そのうち14人が博士学位所持者だ。最近ではアマゾン出身のキム・ジェワン博士をCPO(Chief Product Officer)に迎え入れ、グローバル市場進出に拍車をかけている。キム・ジェワンCPOは、アマゾンで10億ドルの売上を達成した経歴のソフトウェアエンジニアリング専門家だ。

「国内人材確保の難しさもありましたが、もっと重要な理由は顧客がほとんど海外にいるからです。グローバル化のために人材をこう構成しました」。

2022年にトロント大学の創造的破壊ラボ（Creative Destruction Lab）量子ストリームプログラムを卒業したこともグローバルネットワーク構築に大きな助けとなっている。 50チームが始まり、10チームだけを卒業したこのプログラムを通じて、ベセマーパートナーズのようなグローバル投資会社とネットワーキングを構築した。

30年間、量子コンピューティング研究に没頭してきた成果が、今や現実になっているのだ。

データがなくても新薬、新素材開発可能

HI-VQEの核心は「ハイブリッドアプローチ」にある。量子コンピュータと既存コンピュータの長所を交互に活用する方式だ。この方法論の革新性は業界でも認められている。過去には不完全なNISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum、現在の段階の不完全だが実用的な量子コンピュータ）量子コンピュータでは意味のある計算が不可能だとされていたが、キュノバのハイブリッドアルゴリズムがその通念を破ったのだ。

この代表は「GPUが出たとCPUが消えなかったように、量子コンピュータも既存のコンピュータを置き換えるのではなく、互いに補完する関係です。それぞれのメリットを抜き出して組み合わせると驚くべき性能が出てくるんです。このような方法論を導入したのも私たちが初めてであり、源泉特許も確保しました。この技術で世界初の量子優位を達成することになりました。

HI-VQEアルゴリズムが最大の革新をもたらす分野は、新薬と新素材の開発である。現在、AIベースの新薬開発が脚光を浴びているが、限界も明らかだ。 AIは既存のデータを学習する必要がありますが、データのない新しい領域では正しく機能しません。

「AIができない新しい領域の計算を量子コンピュータが担当するんです。化学的原理だけで問題を解釈するため、データがなくても正確な答えを求めることができます。」

ヘモグロビンの酸素輸送原理もHI-VQEであることがわかった。私たちの体からヘモグロビンがどのように酸素を運ぶかは生命現象の核心だが、これまで正確なメカニズムを計算することは難しかった。ヘモグロビンの中心にはFe-porphyrin（鉄ポルフィリン）という化合物がある。この物質が酸素と結合したときに生じるエネルギー変化を正確に計算するには、約1000万の電子軌道が互いにどのように相互作用するかを分析する必要があります。キューノバは44キュービット規模でこれを正確に解釈した。

私たちの日常に直結した複雑な問題も解決可能だ。

最適化問題も尺度

たとえば、特定の行政区域にある数万の道路を補修すると考えてみましょう。各道路をいつ、どの順序で保守すべきかを決めるのは非常に複雑な問題だ。各道路を保守するかどうかを示す変数を0または1に設定する場合、今週に保守する道路を選択することが意思決定変数になります。全体の道路が数百、数千本であれば問題にはならないが、１０万本を越えると問題が変わる。全道路網を一度に考慮した最適保守計画を立てることは従来の方法では不可能である。

キューノバのHI-VQAアルゴリズムは、10万個から100万個の変数まで最適化できます。全国単位の道路網の最適化も可能だという意味だ。 「変数が1万個程度になる問題は現在、スーパーコンピュータでも解くことができるが、10万個程度になるとスーパーコンピュータでも解決できない問題になります。道路補修のように複雑な問題に対して最適化計算が可能になればコストを画期的に減らしながらも市民の利便性は最大化できる」と述べた。

熱力学ベースの航空機設計も可能

飛行機の翼設計の問題は別の次元の複雑さを示しています。航空機の燃料効率を高め安全性を向上させるには、翼の周囲の空気の流れを正確に予測する必要があります。これには、気体の渦分析、翼表面の水凝集や結露現象など複雑な物理現象が関わる。これらの問題を解決するには、空間を非常に小さな格子に分割して各点での物理的状態を計算する必要があります。イ・ジュング代表は「現在のスーパーコンピュータでは格子ノードが1万個を超えると計算が不可能になるが、実際の航空機設計でははるかに精密な計算が必要です」と説明した。キューノバのHI-VQLSは10億ノード規模の問題も解決でき、従来は想像できなかったレベルの精密な設計が可能となる。

HI-VQE、98の請求項の源泉特許出願

キュノヴァのコア競争力の1つは、強固な特許ポートフォリオにあります。 HI-VQEに関してのみ98の請求項をもつ源泉特許を米国に出願して登録を完了した。この代表はこれをクアルコムのCDMA特許に例えた。

「CDMAがモバイルネットワークアクセス問題を解消し、モバイル通信市場の急成長を促したように、当社技術も量子コンピューティング市場の形成を促進する世界初の実用ユースケースになるでしょう」

実際、クアルコムは2016年にのみCDMA特許ライセンスで60億ドルの収益を上げた。キュノバも量子コンピューティング市場が本格化すれば、相当な特許収益が期待できる。

現在、量子コンピューティングハードウェア市場は今年1兆ウォンを超え、来年は2兆ウォン規模に成長すると予測される。マッキンジは2030年、量子コンピューティング市場を930億ドル（約130兆ウォン）規模で見込んでいる。

1～2年後に現れると予想される量子コンピュータ市場に比べ

量子コンピューティング市場の成長可能性は無関心だ。キュノバがターゲットとする計算化学・数値解析・新薬・新素材発掘及びAI分野の2030年の市場規模は12.8兆ウォンと予測される。このうち量子計算が占有できる市場(SAM)は3.6兆ウォン、キュノバが直接攻略できる市場(SOM)は5380億ウォン規模だ。

「量子コンピュータ市場が本格的に始まる変曲点が1～2年後に現れると予測しています。私たちはすでにその準備を終え、市場を先導できる技術力も確保しました」

同代表は、量子コンピューティングが単に既存のコンピューティングの延長線ではなく、全く新しいパラダイムだと強調した。 「CPUからGPUへ、Quantum Processing Unit（QPU）への進化は自然な流れです。私たちはこの変化の最前線にあります。」

イ・ジュング代表は「量子コンピューティング市場のトリガー役割をする」という抱負を明らかにした。実際にクノバが世界で初めて達成した量子優位は理論的可能性を現実にした歴史的成果だ。

キュノヴァの旅はまだ始まりに過ぎない。 2027年の統合プラットフォームの完成、2030年の200億ウォンの売上達成という具体的な目標に向かって進んでいる。さらに、量子AI、超低電力GPTなど次世代技術も用意している。

韓国が半導体、バッテリーに続いて量子コンピューティングでもグローバルリーダーシップを発揮できるか、キュノバの歩みが注目される理由だ。イ・ジュング代表が夢見る「量子コンピューティング市場のiPhone」が韓国で誕生するその日を期待してみる。