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量子時代のマシーンラーニングとディープラーニング2024年:市場予測と技術評価

量子時代のマシーンラーニングとディープラーニング2024年:市場予測と技術評価


Machine Learning and Deep Learning in the Quantum Era 2024: A Market Forecast and Technology Assessment

機械学習(ML)は、AI市場の中で最も成熟した分野のひとつであり、その歴史は1950年代にさかのぼる。MLは機械に特定のタスクを実行させ、パターンを特定することで正確な結果を提供する... もっと見る

 

 

出版社 出版年月 電子版価格 納期 言語
Inside Quantum Technology
インサイドクァンタムテクノロジー
2024年10月24日 US$4,695
シングルユーザライセンス(1PC)
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2営業日程度 英語

 

サマリー

機械学習(ML)は、AI市場の中で最も成熟した分野のひとつであり、その歴史は1950年代にさかのぼる。MLは機械に特定のタスクを実行させ、パターンを特定することで正確な結果を提供するよう教える。量子コンピュータの登場は、量子コンピューティングのパワーをMLにどのように応用できるかという推測につながった。量子機械学習(QML)は、実行時間の高速化、学習効率の向上、学習能力の向上という点で、古典的なMLを改善できるというコンセンサスが形成されつつある。QMLはいくつかの新たな傾向を示している:

  • 量子コンピュータを使って従来のMLの問題を解く
  • QMLに適した改良されたMLアルゴリズムの開発
  • QMLの新しい提供方法(特にクラウド)の研究
  • 量子ハードウェア操作、制御システム、ユーザインタフェースの最適化に古典的 ML を使用する。

本レポートでは、IQT Research 社が QML のビジネスチャンスとアプリケーションを特定し、すでに出現し始めているもの、また将来出現すると思われるものを紹介する。また、QML技術がどのように進化していくかを論じ、この分野で活躍する25の主要企業や研究機関のプロフィールと共に、QML収益の10年予測も掲載しています。また、量子機械学習のコストや未成熟さ、QMLに最適化されたアルゴリズムの必要性、QMLの最適な導入方法に関するより深い理解など、QMLの成長を阻む要因についても分析しています。


レポートID: IQT-MLDL2024-1024
発行年月:2024年10月

 



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目次

目次:

エグゼクティブ サマリー
E.1 量子機械学習市場を牽引する要因
E.2 QML 向けアルゴリズムとソフトウェアのチャンス
E.2.1 ML から QML への変換: QML の第 1 フェーズ
E.2.2 新しいアルゴリズムと製品: QML の第 2 フェーズ
E.3 ディープラーニングに関する考察
E.4 QML の利点
E.4.1 最適化と一般化の改善
E.4.2 QML と量子の利点
E.5 QML の欠点
E.5.1 QC の高コスト
E.5.2 技術の初期段階
E.5.3 労働力の問題
E.6 QML ロードマップと予測

第 1 章: はじめに
1.1 このレポートの目的
1.2 QML: 考えられる利点
1.2.1 トレーニングの利点と機会
1.2.2 量子の優位性と ML
1.2.3 精度の向上
1.3 QML: 考えられる欠点
1.3.1 トレーニングの課題
1.3.2 量子の優位性に関する不確実性
1.3.3 量子メモリの問題
1.4 予測方法

第 2 章: QML アルゴリズムとソフトウェアの進化
2.1 はじめに
2.2 量子状態へのエンコード
2.2.1 Grovers アルゴリズムの使用
2.3 最適化手法の改善
2.4 量子サポート ベクター マシン
2.5 パラメーター化された量子回路 (PQC)
2.6 大規模なデータ セットを処理する機会: 量子主成分分析
2.7 データのプライバシーとセキュリティに向けたステップ
2.8 QML ソフトウェア製品と企業
2.8.1 Google Tensor Flow Quantum
2.8.2 Pennylane
2.9 QML とメモリ
2.10 QML とクラウド
2.11 QML ソフトウェア企業
2.11.1 AbaQus
2.11.2 Algo Dynamix
2.11.3 Genmat
2.11.4 OTI Lumionics
2.11.5 PlanQC
2.11.6 Qbit
2.11.7 QCWare
2.11.8 QpAI
2.12 QML-as-a-Service

第 3 章: QML の機会: 製品とハードウェアの観点
3.1 機械学習とその出現。
3.2 機械学習の種類
3.3 量子ディープラーニングと量子ニューラルネットワーク
3.3.1 量子ディープラーニング(別名ディープ量子学習)
3.3.2 量子生成敵対ネットワーク
2.3.3 量子バックプロパゲーションの台頭
3.3.4 QML のトランスフォーマー
3.3.5 QDL のパーセプトロン
3.4 ML とデータセットに関するメモ
3.5 QML ロードマップ
3.6 量子アニーリング
3.7 量子アニーリング
3.7.1 ボルツマンマシンに関するメモ
3.7.2 D-Wave
3.8 NISQ コンピューターと QML
3.8.1 Amazon/AWS
3.8.2 Atom Computing
3.8.3 Genmat
3.8.4 GoogleAI
3.8.5 IBM
3.8.6 IonQ
3.8.7 Microsoft
3.8.8 OTI Lumionics
3.8.9 PlanQC
3.8.10 Nordic Quantum Computing
3.8.11 ORCA Computing
3.8.12 Oxford Quantum Circuits
3.8.13 Pasqal
3.8.14 QuEra
3.8.16 Quantinuum
3.8.17 Rigetti
3.8.18 Riverlane
3.9.19 Terra Quantum
3.9.20 Xanadu
3.10 NISQ を超えた QML
3.12 機械学習と QRNG

第 4 章: QML のアプリケーション
4.1 QML の機会の概要
4.2 QML の金融および銀行アプリケーション
4.2.1 Adaptive Finance
4.2.2 Qkrishi
4.3 製薬と QML
4.3.1 Kuano
4.3.2 QuanSys
4.3.3 Quantistry
4.3.4 Q-Chem
4.3.5 MentenAI
4.3.6 ProteinCure
4.3.7 Qoherent
4.5 製造業における QML の応用
4.6 その他の QML の応用

第 5 章: QML の 10 年間の予測
5.1 予測方法
5.1.1 QML を疑う理由
5.2 技術としての QML の予測
5.3 アプリケーション別の QML の予測

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図表リスト

図表リスト
図表E-1:量子機械学習と量子ディープラーニングの10年間の売上(百万ドル)
図表1-1:QMLテーマのバリエーション:量子機械語市場の6つのセグメント
図表1-1:QMLの長所と短所
図表 2-1:ML学習の種類
図表2-2:ソース別のMLデータの特徴
図表3-1:選択されたQMLエンコーディングスキーム
図表3-2:MLトランスフォーマーのアプリケーション
図表4-1:銀行・金融サービスにおけるQMLの応用例
図表4-2:QMLのその他の潜在的アプリケーション
図表5-1:QML/QDLの10年間の売上?QML/QDL (百万ドル)
図表5-2: 10年間の売上高?アプリケーション別QML/QDL (百万ドル)

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プレスリリース

2030年の量子機械学習と量子ディープラーニングの売上は11億ドルの見込み
IQTリサーチ調べ

2024年11月20日
ニューヨーク発:IQTリサーチの最新レポート「量子時代のマシーンラーニングとディープラーニング2024年:市場予測と技術評価」によると、QML/QDLによる収益は2025年には2670万ドルに過ぎないが、2030年には11億ドル、2034年には70億ドルに増加するとしている。QDLはニューラルネットワークを用いたQMLと定義されている。同レポートでは、量子機械学習(QML)と量子ディープラーニング(QDL)の市場機会を分析している。

レポートについて
本レポートの主な目的は、量子コンピューティングを利用することで、どのように新たなビジネス収益が生まれるかを示すことである。具体的には

  •    量子コンピュータを使えば、従来のML問題をよりよく解決できる。
  •    QMLにより適したアルゴリズムを開発することができる。
  •    QMLの新しい提供方法は、特にクラウド上で出現する可能性がある。
  •    古典的なMLを使えば、量子ハードウェアを最適化できる。

このIQTリサーチレポートは、QML/QDL分野の現在入手可能な最も包括的な分析を含んでいる。新製品、R&D、トライアルなど、多数の企業のQDL/QML活動のプロファイルとともに、すべてをカバーしている。

QML/QDLのベンダーとエンドユーザーの両方に該当する企業

1QBIT、Airbus、Amazon/AWS、Atom Composer、Atom Composer、Atom Composer、Amazon/AWSが含まれます。Amazon/AWS、Atom Computing、BMW、Dassault、Deloitte、D-Wave、Fidelity、Google、HSBC、Hyundai、IBM、IonQ、Microsoft、Moody's Analytics、NVIDIA、ORCA Computing、Pasqal、Planqc、QC Ware、Quantinuum、QuantrolOx、Pasqal、QuEra、Rigetti、Terra Quantum、Unilever、Volkswagen、Xanaduなど

本レポートでは、QML/DLの10年間の売上予測をアプリケーション別、技術別に掲載している。また、QMLのコストや未熟さ、QMLに最適化されたアルゴリズムの必要性、QMLの最適な展開方法の深い理解など、QMLの成長を阻害する要因についても分析している。IQTリサーチは、レポートの予測は妥当であると考えており、今日の多くのAI予測は非常に誇張されているように見えると指摘している。

レポートより

  •  QMLの商業的応用はすでに始まっており、今後数年で急成長するだろう。投資の世界では、従来のMLはポートフォリオの最適化に使われているが、QMLはすでに最も複雑なポートフォリオに需要があると考えられる。QMLは、大規模なデータセットを分析し、潜在的な脅威がどこから来るのかを特定するのにも役立つだろう。QMLは、医療や金融サービスなど、ミスが致命的な結果をもたらす場合に特に役立つだろう。
  • IQTリサーチは、QMLの学習対象となるデータセットに高度なセンサーデータが含まれる場合、QMLの可能性を見出す。ここ数年のセンサー(ウェアラブルセンサーを含む)の普及により、ML/QMLのための標準的なヘルスケアやロボティクスのデータセットのサイズが大きくなっている。
  • 私たちは、ML研究者が癌腫瘍の検出や眼疾患の診断ソリューションを開発していることに注目している。また、将来のロボット製品においてもQMLが重要な役割を果たすと考えられる。MLはより優れた量子コンピューターを作るのに役立つ。例えば、MLは量子ビットのエラーパターンをモデル化することができる。このように、MLは量子コンピュータを今日のNISQの現実を超えるものにするのに役立つかもしれない。MLが新しい量子コンピュータの開発に役立つ他の方法としては、量子コンピューティングのための新しい材料の設計や、ベンチマーク指標や正式な標準と結果を比較するテストの実行がある。
  •    QMLのセキュリティ問題は、学習と推論の両フェーズを脅かす可能性があり、その対策が必要。QMLモデルの脆弱性には、モデルアーキテクチャ、トレーニング/テストデータ、エンコーディング技術、トレーニングされたパラメータなどが含まれる。フリーライダーは、高価な量子計算時間や、何百万回もの「試行」トレーニングにかかる費用を支払う必要がないため、利益を得ることができるが、QMLにおけるセキュリティのフリーライダー的側面は、時間にも及ぶ。何十万もの量子回路を実行する必要があるため、QMLモデルの構築には数ヶ月から数年という膨大な時間がかかる。

 

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Summary

Machine learning (ML) is one of the most mature segments of the AI market – it dates to the 1950s. ML teaches machines to perform specific tasks and provide accurate results by identifying patterns. The advent of quantum computers has led to speculations on how the power of quantum computing can be applied to ML. A consensus is building that Quantum Machine Learning (QML) can improve classical ML in terms of faster run times, increased learning efficiencies and boosted learning capacity. QML exhibits several emerging trends:

  • Using quantum computers to solve traditional ML problems.
  • Developing improved ML algorithms better suited to QML.
  • Investigating new ways of delivering QML, especially over a cloud.
  • Using classical ML to optimize quantum hardware operations, control systems, and user interfaces.

In this report, IQT Research identifies QML opportunities and applications already beginning to appear and those that we believe will emerge in the future. We also discuss how QML technology will evolve and include ten-year forecasts of QML revenues, along with profiles of 25 profiles of leading firms and research institutes active in the field. The report also analyzes the factors retarding the growth of QML such as the cost and immaturity of quantum machine learning, the need for QML-optimized algorithms and a deeper understanding of how QML is best deployed.


Report: IQT-MLDL2024-1024
Published: October, 2024


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Table of Contents

TABLE OF CONTENTS:
 
Executive Summary
E.1 Factors Driving the Quantum Machine Learning Market
E.2 Opportunities in Algorithms and Software for QML
E.2.1 Translating ML into QML: The First Phase of QML
E.2.2 New Algorithms and Products: The Second Phase of QML
E.3 Thoughts on Deep Learning
E.4 Advantages of QML
E.4.1 Improved Optimization and Generalization
E.4.2 QML and Quantum Advantage
E.5 The Disadvantages of QML
E.5.1 High Cost of QCs
E.5.2 Early Stage of Technology
E.5.3 The Workforce Problem
E.6 QML Roadmap and Forecasts
 
Chapter One: Introduction
1.1 Objective of this Report
1.2 QML: Possible Advantages
1.2.1 Training Advantages and Opportunities
1.2.2 Quantum Advantage and ML
1.2.3 Improved Accuracy
1.3 QML: Possible Disadvantages
1.3.1 Training Challenges
1.3.2 Uncertainty Regarding Quantum Advantage
1.3.3 Quantum Memory Issues
1.4 Forecasting Methodology
 
Chapter Two: Evolution of QML Algorithms and Software
2.1 Introduction
2.2 Encoding into Quantum States
2.2.1 Uses of Grovers Algorithm
2.3 Improved Optimization Techniques
2.4 Quantum Support Vector Machines
2.5 Parametrized Quantum Circuits (PQCs)
2.6 Opportunities for Handling Larger Data Sets: Quantum Principal Component Analysis
2.7 Steps Towards Data Privacy and Security
2.8 QML Software Products and Companies
2.8.1 Google Tensor Flow Quantum
2.8.2 Pennylane
2.9 QML and memories
2.10 QML and the Cloud
2.11 QML Software Companies
2.11.1 AbaQus
2.11.2 Algo Dynamix
2.11.3 Genmat
2.11.4 OTI Lumionics
2.11.5 PlanQC
2.11.6 Qbit
2.11.7 QCWare
2.11.8 QpAI
2.12 QML-as-a-Service
 
Chapter Three: Opportunities for QML: Product and Hardware Perspective
3.1 Machine Learning and its Emergence.
3.2 Types of Machine Learning
3.3 Quantum Deep Learning and Quantum Neural Networks
3.3.1 Quantum Deep Learning (aka Deep Quantum Learning)
3.3.2 Quantum Generative Adversarial Networks
2.3.3 The Rise of Quantum Backpropagation
3.3.4 Transformers in QML
3.3.5 Perceptrons in QDL
3.4 Some Notes on ML and Datasets
3.5 QML Roadmap
3.6 Quantum Annealing
3.7 Quantum Annealing
3.7.1 A Note on Boltzman Machines
3.7.2 D-Wave
3.8 NISQ Computers and QML
3.8.1 Amazon/AWS
3.8.2 Atom Computing
3.8.3 Genmat
3.8.4 GoogleAI
3.8.5 IBM
3.8.6 IonQ
3.8.7 Microsoft
3.8.8 OTI Lumionics
3.8.9 PlanQC
3.8.10 Nordic Quantum Computing
3.8.11 ORCA Computing
3.8.12 Oxford Quantum Circuits
3.8.13 Pasqal
3.8.14 QuEra
3.8.16 Quantinuum
3.8.17 Rigetti
3.8.18 Riverlane
3.9.19 Terra Quantum
3.9.20 Xanadu
3.10 QML beyond NISQ
3.12 Machine Learning and QRNGs
 
Chapter Four: Applications for QML
4.1 Introduction to QML Opportunities
4.2 Financial and Banking Applications for QML
4.2.1 Adaptive Finance
4.2.2 Qkrishi
4.3 Pharma and QML
4.3.1 Kuano
4.3.2 QuanSys
4.3.3 Quantistry
4.3.4 Q-Chem
4.3.5 MentenAI
4.3.6 ProteinCure
4.3.7 Qoherent
4.5 Manufacturing Sector Applications for QML
4.6 Other Applications for QML
 
Chapter Five: Ten-Year Forecasts of QML
5.1 Forecasting Methodology
5.1.1 Reasons to Doubt QML
5.2 Forecast of QML as Technology
5.3 Forecast of QML by Application

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List of Tables/Graphs

Exhibits
Exhibit E-1: Ten-year Revenues from Quantum Machine Learning and Quantum Deep Learning ($ Millions)
Exhibit 1-1: Variations on a QML Theme: The Six Segments of the Quantum Machine Language Market
Exhibit 1-1: Pros and Cons of QML
Exhibit 2-1: Types of ML Learning
Exhibit 2-2: Characteristics of ML Data by Source
Exhibit 3-1: Selected QML Encoding Schemes
Exhibit 3-2: ML Transformer Applications
Exhibit 4-1: Selected Applications for QML in Banking and Financial Services
Exhibit 4-2: Other Potential Applications of QML
Exhibit 5-1: Ten-year Revenues – QML/QDL ($ Millions)
Exhibit 5-2: Ten-year Revenues – QML/ QDL by Application ($ Millions)

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Press Release

IQT Research Report Estimates Revenues from Quantum Machine Learning and Quantum Deep Learning at $1.1 Billion in 2030

November 20, 2024
New York, NY: In Machine Learning and Deep Learning in the Quantum Era 2024: A Market Forecast and Technology Assessment, IQT Research identifies opportunities in quantum machine learning (QML) and quantum deep learning (QDL). It claims that while revenues from QML/QDL will be just $26.7 million in 2025, they will rise to $1.1 billion in 2030 and $7.0 billion in 2034. QDL is defined as QML with neural networks.

About the Report:
The primary goal of this report is to show how new business revenues will be generated using quantum computing. Specifically, this report analyzes how:

  •     Using quantum computers can better solve traditional ML problems.
  •     Algorithms better suited to QML can be developed.
  •     New ways of delivering QML can emerge especially over a cloud.
  •     Using classical ML can optimize quantum hardware.

This IQT Research report contains the most comprehensive analysis of the QML/QDL space currently available. New products, R&D and trials are all covered along with profiles of the QDL/QML activities of numerous companies. Some of these companies – both QML/QDL vendors and end users -- include 1QBIT, Airbus. Amazon/AWS, Atom Computing, BMW, Dassault, Deloitte, D-Wave, Fidelity, Google, HSBC, Hyundai, IBM, IonQ, Microsoft, Moody’s Analytics, NVIDIA, ORCA Computing, Pasqal, Planqc, QC Ware, Quantinuum, QuantrolOx, Pasqal, QuEra, Rigetti, Terra Quantum, Unilever, Volkswagen, Xanadu and others.

In the report, ten-year forecasts of QML/DL revenues are included with breakouts by application and technology. The report also analyzes the factors retarding the growth of QML such as the cost and immaturity of QML, the need for QML-optimized algorithms and a deeper understanding of how QML is best deployed. IQT Research believes that the forecasts in the report are plausible and note that many AI forecasts today seem highly exaggerated.

From the Report:

  •     Likely commercial applications for QML are already beginning to appear and will burgeon in the next few years. In the investment world, conventional ML is used for portfolio optimization, but QML can already find itself in demand for the most complex portfolios. QML might also be useful to analyze large data sets and identify where potential threats are coming from. QML would be especially useful where the consequence of a mistake is catastrophic – medicine and financial services are obvious examples here.
  •     IQT Research see potential for QML where the data sets on which QML are trained include sophisticated sensor data. The proliferation of sensors (including wearable sensors) over the past few years increases the size of standard healthcare and robotics data sets for ML/QML.
  •     We note that ML researchers are developing solutions that detect cancerous tumors and diagnose eye diseases. We can also see an important role for QML in future robotics products. ML can help make better quantum computers. For example, ML can model the error patterns in qubits. In this way ML may help take quantum computing beyond today’s NISQ realities. Other ways in which ML may be able to assist in the creation of new quantum computers is in the design of new materials for quantum computing and in running tests comparing the results to benchmarking metrics or formal standards.
  •     Security issues in QML can threaten both training and inference phases and must be guarded against. Vulnerabilities that can be found in the QML model include the model architecture, training/testing data, encoding techniques, and trained parameters. Free riders can benefit from not having to pay for expensive quantum compute time and for the millions of “trials” in atraining run. The free rider aspect of security in QML also extends to time. Thieves can end route around the significant amount of time — potentially months to years — that it takes to construct a QML model due the need to execute hundreds of thousands of quantum circuits.

 

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