日立、疑似量子の活用で従来のMIによる材料開発期間をさらに20%短縮できることを実証

TOKYO, Dec 16, 2022 - (JCN Newswire) - 株式会社日立製作所(以下、日立)は、材料開発の加速につながる新たな機械学習モデルを開発し、積水化学工業株式会社と進めているマテリアルズ・インフォマティクス(以下、MI)推進に向けた協創活動*1においてその有効性を実証しました。

本モデルは、決定木を用いた材料の性能予測モデルの構築に、量子コンピュータを疑似的に再現する「CMOSアニーリング*2」を適用することで、さまざまな条件を網羅的に考慮することが可能です。これにより従来の機械学習モデルの予測精度を本モデルの適用により向上させ、材料開発の期間を約20%短縮できる見通しを得ました*3(図1)。日立は、本技術をLumadaの「材料開発ソリューション*4」として実用化していきます。また、本モデルを生産現場の運用や物流の最適化など、幅広い業界への展開をめざし、お客さまの価値創造に貢献していきます。

なお、本技術の一部は、12月17日から20日に開催されるIEEE Bigdata 2022において発表予定です。

これまでの材料開発は研究者の経験や勘に依存し、実用化までに長い時間と費用を要していました。一方で、市場では製品ライフサイクルの短命化、資源の制約などを起点として材料開発への要求が多様化・高度化しており、その要求に応えるべくMIへの取り組みが本格化しています。日立はデータを活用して材料開発プロセスを効率化するデータ管理・アナリティクス基盤の実現に向けて、技術開発を積み重ねるとともにMIを適用した「材料開発ソリューション」をLumadaソリューションの1つとして提供し、素材産業を始めとするさまざまなお客さまのニーズに応えてきました。

新たな材料の開発では、予め機械学習により材料の特性を予測し、有望な材料に絞って開発を進めることで開発期間を短縮する取り組みが検討されています。具体的には、(1) 材料に関する既存のデータをAIが学習することにより、材料の特性を予測する予測モデルを構築、(2) 得られた予測モデルを用いて、実際に開発したい材料の作成に最適な条件を探索します。このような取り組みで用いられる機械学習には、少ない実験で有用な材料の候補を見つけるために、材料の特性を高い精度で予測する技術が求められます。予測精度の向上にはAIが複数の変数を組み合わせた複合条件で学習することが有効ですが、材料の作成に関わるさまざまな条件を考慮するとその組み合わせは膨大になります。従来はデータサイエンティストが経験や勘に基づき組み合わせる条件を選び、予測モデルを構築していましたが、条件を網羅的に検討していないため精度向上に限界がありました。

今回、日立は、機械学習モデルの構築(上述の①)において、MIでも一般的に用いられる決定木アルゴリズム*5に、疑似量子コンピュータ技術であるCMOSアニーリングを導入し、材料の作成に関わる条件を網羅的に考慮することで予測精度を高める新たな手法を開発しました。このようにして構築した高精度予測モデルを、既存の有機材料の分子構造からその特性を予測する問題に適用した結果(上述の②)、図2に示すとおり、機械学習による予測精度向上において高い性能を示す従来技術LightGBM、およびXGBoost*6に本手法を適用した際の予測精度が、従来技術単独での予測を上回る精度*7を達成しました。さらに、本技術を用いて材料開発を行った場合、従来のMIを用いた方式に比べ、開発に要する期間を約20%削減できる見通しを得ました。

本技術は、決定木アルゴリズムを用いる機械学習の予測精度向上に広範に適用可能です。今後、Lumadaの「材料開発ソリューション」として実用化を進め、半導体や電池、創薬など、お客さまの多様な材料開発の効率化をめざすとともに、物流、生産領域含めた分野でも本技術の適用を推進することで、お客さまの創出する社会価値向上の加速と、サステナブルな社会の実現に貢献していきます。

本リリースの詳細は下記URLをご参照ください。
https://www.hitachi.co.jp/New/cnews/month/2022/12/1216.html

日立製作所について

日立は、データとテクノロジーでサステナブルな社会を実現する社会イノベーション事業を推進しています。金融・官公庁・自治体・通信向けITサービスやお客さまのDXを支援する「デジタルシステム&サービス」、エネルギーや鉄道で脱炭素社会の実現に貢献する「グリーンエナジー&モビリティ」、産業流通、水インフラ、ヘルスケア、家電・空調システム、計測分析システム、ビルシステムなどの幅広い領域でプロダクトをデジタルでつなぐ「コネクティブインダストリーズ」と、自動車・二輪車の分野で先進技術を提供する「オートモティブシステム」の事業体制のもと、ITやOT(制御・運用技術)、プロダクトを活用するLumadaソリューションを通じてお客さまや社会の課題を解決します。グリーン、デジタル、イノベーションを原動力に、お客さまとの協創で成長をめざします。2021年度(2022年3月期)の連結売上収益は10兆2,646億円、2022年3月末時点で連結子会社は853社、全世界で約37万人の従業員を擁しています。 https://www.hitachi.co.jp/

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