D-Wave Quantum Inc.は、カリフォルニア州パロアルトとブリティッシュコロンビア州バーナビーに本社を置く量子コンピューティング企業である。量子効果を利用したコンピュータの開発・販売で知られ、特に量子アニーリングと呼ばれる手法を用いて最適化問題を解く。同社は、このようなシステムの世界初の商業化を主張しており、初期の顧客にはロッキード・マーティン、南カリフォルニア大学、Google/NASA、ロスアラモス国立研究所が含まれる。汎用アルゴリズムを実行する万能型量子コンピュータとは異なり、D-Waveのマシンは専門特化型であり、量子アニーリングを用いて解に対応する低エネルギー状態を探索する。
同社の起源はブリティッシュコロンビア大学（UBC）での研究に遡り、創業者らは凝縮系物理学の原理を応用して実用的な量子計算デバイスを生み出そうとした。20年以上にわたり、D-Waveはプロセッサ設計を反復改良し、量子ビット数を16個から1000個以上に増やし、ハードウェアからクラウドサービス、ソフトウェアツール、金融や医療などの分野でのパートナーシップへと事業を拡大してきた。実用的な計算への量子効果の応用を実証した点で同社の貢献は重要であるが、量子と古典の性能差については議論が続いている。
歴史
D-Waveは1999年にハイグ・ファリス、ジョーディ・ローズ、ボブ・ウィーンズ、アレクサンドル・ザゴスキンによって設立された。ファリスはUBCでビジネスクラスを教えており、ローズはそこで博士号を取得し、ザゴスキンは博士研究員を務めていた。社名は、初期の量子ビット設計で使用されたd波超伝導体に由来する。バンクーバー（ブリティッシュコロンビア州）を拠点とし、UBC内に実験スペースを構えていたD-Waveは、後に現在のバーナビーの拠点へ移転した。同社はパロアルトにもオフィスを構えている。
初期の数年、D-Waveは量子コンピューティングの学術研究に資金を提供し、UBC、IPHTイェーナ、シェルブルック大学、トロント大学、トウェンテ大学、シャルマーズ工科大学、エルランゲン大学、ジェット推進研究所とのパートナーシップを構築し、2005年にこれらの関係を公表した。2014年6月、D-Waveは計算ファイナンス企業の1QBitおよびがん研究グループのDNA-SEQと量子アプリケーションエコシステムを発表した。2018年にはNTTや他のパートナーと連携した。
最近の年表には以下が含まれる。2011年5月11日、D-Waveは128量子ビットを備えた初の商用量子アップリンクであるD-Wave Oneを発表した。プロトタイプのOrionは2007年に公開され、28量子ビットのプロセッサは2007年11月に実証された。2013年5月、NASA、Google、USRAはD-Wave Twoのための量子人工知能研究所を立ち上げた。2014年2月、D-Waveは『タイム』誌の表紙を飾り、投資家の熱意と本質的な懐疑論に光が当てられた。2015年8月20日には1000量子ビット超のD-Wave 2X、2015年9月28日にはNASAエイムズ研究センターに設置された。2017年1月、D-Wave 2000Qがリリースされ、Qbsolvなどのオープンソースツールも公開された。また2018年にはLeapクラウドサービスが開始された。
2025年、D-WaveはAdvantageシステムをユーリッヒ研究センター（ドイツ）に販売し、ユーリッヒ超算センターに設置した。JSCの科学者らは偽真空崩壊シミュレーションの結果をNatureに発表した。同じく2025年には、D-Waveは磁気材料のシミュレーションをScience誌に発表し、古典よりも高速であると主張したが、物理学者らは疑問を提起した。2026年1月、D-WaveはQuantum Circuits Inc.を買収し、ロバート・ショルク（システム部門）が最高科学責任者に就任した。2026年7月27日、CEOのアラン・バラッツがナスダックの開場ベルを鳴らし、上場を果たした。
量子アニーリングと技術
量子アニーリングは、トンネリングなどの量子ゆらぎ効果を用いて関数の大域的最小値を求める手法である。これは、より柔軟だが実装が困難なゲート方式の量子計算とは異なる。D-Waveのパラダイムは、最適化問題をイジングモデルまたはQUBOのエネルギーランドスケープとしてプログラムし、量子システムを基底状態へと時間発展させるものである。これは特に、ロジスティクス、金融、機械学習のような選択タスクに見られる組合せ最適化問題に適している。
数学的な複雑さは以下の通りである。n個の二値変数を持つ問題では、量子アニーラーは重ね合わせ状態で多くの状態を同時に探索できる。しかし、誤差やデコヒーレンスがあるため、一般的な問題に対する優位性は証明されていない。各プロセッサの量子ビット配列と結合器には協調的な製造が用いられる。
基礎となるアイデアは、ガブリエル・アエプリ、トーマス・ローゼンバウムらによる磁性体における量子アニーリングに関する凝縮系物理学の研究と、ビカス・チャクラバルティの理論に由来する。ミッチェルらはスピングラス探索における量子トンネリングを提案した。これらは2000年と2004年にエドワード・ファーヒ、セス・ロイド、テリー・オーランド、ビル・カミンスキー（MIT）によって断熱量子計算および量子アニーリングとして計算論的に再構成され、D-Waveはこれを採用した。
コンピュータシステム
Orionプロトタイプ
2007年2月13日、D-Waveはマウンテンビューのコンピュータ歴史博物館でOrionを実演した。3つのアプリケーション（薬剤候補の分子類似性検索、座席配置、数独ソルバー）を実行した。16量子ビットのプロセッサはジェット推進研究所のマイクロショウ研究所で製造された。
量子プロセッサの世代
- D-Wave One（2011年）：128量子ビット。市販された最初の量子コンピュータとして販売された。
- D-Wave Two（2013年）：512量子ビット。量子機械学習の研究用に、またアジア原子力研究の調査にも使用された。
- D-Wave 2X（2015年）：1000量子ビット超。NASAエイムズ研究センターに設置された。
- D-Wave 2000Q（2017年）：最大2000量子ビット。
- Advantage（2020年）：5000量子ビット超、新しい結合器を搭載。
これらのプロセッサはジョセフソン接合と超伝導回路を融合させたもので、希釈冷凍機内で絶対零度近くまで冷却される。
量子アニーリングと技術
量子アニーリングは、量子ゆらぎ効果（トンネル効果を含む）を用いて関数の大域的最小値を求める手法である。これは、より柔軟だが実装が難しいゲート型量子計算とは異なる。D-Waveは最適化問題をイジングモデルまたはQUBOのエネルギーランドスケープとしてプログラムし、量子システムを基底状態へと時間発展させる。この手法は、ロジスティクスや金融に見られる組合せ最適化問題に特に適している。
技術的複雑性として、n個の二値変数を持つ問題では、量子アニーラーは重ね合わせ状態で多くの状態を同時に探索できる。しかし、誤差やデコヒーレンスがあるため、一般的な問題での優位性は証明されていない。各プロセッサの量子ビットアレイと結合器は協調的に製造される。
コンピュータシステム
Orionプロトタイプ
2007年2月13日、D-Waveはマウンテンビューのコンピュータ歴史博物館でOrionを実演した。これは、薬剤候補の分子類似性検索、数独ソルバーなどのアプリケーションを実行した。この16量子ビットのプロトタイプは、量子アニーリングの原理を示すものであった。
D-Wave One
2011年に発表されたD-Wave Oneは128量子ビットを搭載し、世界初の商用量子コンピュータとして販売された。ロッキード・マーチンが最初の顧客となった。
D-Wave Two
2013年に発表されたD-Wave Twoは512量子ビットを搭載し、GoogleとNASAによって購入された。機械学習と最適化問題の研究に使用された。
D-Wave 2X
2015年に発表され、1000量子ビット以上を搭載した。NASAエイムズ研究センターに設置され、偽真空崩壊のシミュレーションなどの科学研究に使用された。
D-Wave 2000Q
2017年にリリースされた2000量子ビットシステムであり、オープンソースツールのQbsolvなどとともに提供された。
量子アニーリングと技術
量子アニーリングは、トンネリングなどの量子ゆらぎ効果を用いて関数の大域的最小値を求める手法である。これはゲートモデル量子計算とは異なり、後者はより柔軟だが実装が困難である。D-Waveのパラダイムは、最適化問題をイジングモデルまたはQUBOのエネルギーランドスケープとしてプログラムし、量子系をその基底状態へと時間発展させることである。これは、ロジスティクス、金融、機械学習のような選択タスクに見られる組合せ最適化問題に特に適している。
数学的複雑さについて: n個の二値変数を持つ問題では、量子アニーラーは重ね合わせ状態で多くの状態を同時に探索できる。しかし、エラーとデコヒーレンスの存在下では、一般的な問題に対する優位性は証明されていない。各プロセッサの量子ビットアレイと結合器には協調的な製造が用いられている。
基礎となるアイデアは、ガブリエル・アエプリとトーマス・ローゼンバウムらによる磁性体における量子アニーリングの凝縮系物理学に由来し、ビカス・チャクラバルティの理論に基づく。ミッチェルらはスピングラス探索における量子トンネリングを提案した。これらは2000年と2004年にエドワード・ファーヒ、セス・ロイド、テリー・オーランド、ビル・カミンスキー（MIT）によって断熱量子計算および量子アニーリングとして計算論的に再構成され、D-Waveが採用した。
コンピュータシステム
Orionプロトタイプ
2007年2月13日、D-Waveはマウンテンビューのコンピュータ歴史博物館でOrionを実演した。これは薬剤候補の分子類似性検索、相性に基づく座席配置、数独の3つのアプリケーションを実行した。このプロセッサはジェット推進研究所で製造された。
量子プロセッサの世代
- D-Wave One（2011年）：128量子ビット。世界初の市販量子コンピュータとして販売された。
- D-Wave Two（2013年）：512量子ビット。量子機械学習の研究に使用された。
- D-Wave 2X（2015年）：1000量子ビット超。NASAエイムズに設置された。
- D-Wave 2000Q（2017年）：2000量子ビット。
- Advantage（2020年）：5000量子ビット超。新型の結合器を搭載。
量子アニーリングは、トンネリングなどの量子ゆらぎ効果を用いて関数の大域的最小値を求める手法である。これは、より柔軟だが実装が難しいゲート型量子計算とは異なる。D-Waveの方式は、最適化問題をイジングモデルまたはQUBOのエネルギーランドスケープとしてプログラムし、量子系を基底状態へと時間発展させるものである。これは特に、ロジスティクス、金融、機械学習のような選択タスクに見られる組合せ最適化問題に適している。
数学的な複雑さとして、n個の二値変数を持つ問題では、量子アニーラーは重ね合わせ状態で多くの状態を同時に探索できる。しかし、誤差とデコヒーレンスの存在により、一般的な問題に対する優位性は証明されていない。
クラウドとソフトウェア
Leapは、D-Waveシステムへのリモートアクセスを提供する量子クラウドサービスであり、2018年に開始された。これにより、ユーザーはクラウド経由で量子コンピュータを利用できる。2017年1月、D-WaveはオープンソースのQbsolvツールをリリースした。2020年には、ハイブリッド計算に対応したソフトウェアスタックを発表した。
応用と実証
2013年、Google、NASA、USRAは量子人工知能研究所を設立し、D-Waveシステムを機械学習研究に活用した。D-Waveのシステムは、ボルツマンマシンやニューラルネットワークの学習など、機械学習モデルの探索に応用されている。2023年には、科学研究や産業応用を目的とした様々なプロジェクトで使用されている。
評価と議論
D-Waveのコンピュータが真の量子優位性を達成しているかどうかは、依然として議論の的である。2025年には、D-WaveがScience誌に磁性体のシミュレーションを発表し、古典計算より高速であると主張したが、物理学者からは疑問が提起された。Googleを含む一部の研究者は、古典的アルゴリズムでも同等の性能を達成できると主張している。
しかしながら、D-Waveは重ね合わせや量子コヒーレンスなど、量子効果の実証に成功している。2025年の時点で、同社のマシンは量子計算の実証と特定の最適化問題において実行可能な代替手段を提供している。
未来と展望
2026年、D-WaveはQuantum Circuits Inc.を買収し、ゲート型量子回路アプローチを追加した。同社はナスダックに上場している。金融、物流、医療などの分野での応用が期待されている。