量子コンピュータが登場するまでには5年から10年かかるといわれているが、既に量子アプリケーション開発が進んでいる。現在、「Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ)」と呼ばれる量子コンピュータが稼働し、このプラットフォームで量子ソフトウェアの開発が始まった。NISQは演算ゲートのエラー発生率が高く、中規模構成のシステムとなる。この不安定なマシンで画期的な量子アプリケーションを開発できるのか、世界でアルゴリズム研究が始まった。エアバスはその先頭を走り、NISQで航空機の設計を見直し、エネルギー効率の良いデザインを探求している。

エアバスとは

エアバス(Airbus)はオランダに本社を置き、欧州四か国による航空宇宙機器製造会社として1970年に設立された。その当時、米国の航空宇宙機器メーカーが市場を独占しており、エアバスはこの対抗軸として創設された。米ソ冷戦に伴い、米国で企業統合が進み、今では大型旅客機メーカーはボーイング（Boeing）一社だけとなり、エアバスと一対一で対峙する構図となった。エアバスはこの市場で後発メーカーであり、機体設計に先進的な思想や技術を取り入れ、トップに追い付いてきた。今でもこの思想が受け継がれ、エアバスはスパコンを使って航空機を設計し、今では量子コンピュータを使った開発技法を探求している。

量子技術チャレンジ

量子コンピュータはまだ新しい技術で、エアバスは大学などと研究コミュニティを形成して開発を進める方式を取っている。エアバスは量子コンピュータ技術を競う「Airbus Quantum Computing Challenge」を展開している(先頭の写真)。これは量子コンピュータを使って量子アプリケーションを開発するチャレンジで、指定されたタスクを解決する形式で競技が進んでいる。チャレンジは2019年1月に始まり、10月末で開発が締め切られ、現在その成果が審査されており、2020年の第１四半期に順位が決まる。量子コンピュータ研究者、新興企業、大学などが参加しており、その数は500を超える。

エアバスの狙い

このチャレンジは航空機の飛行物理特性(aerospace flight physics problems)を量子アルゴリズムで解明することが目的となる。エアバスはチャレンジへの参加者とともに、量子技術の発展を目標にしている。また、エアバスとしては参加者が開発した優秀な技術を自社の航空機開発で利用することを計画している。更に、エアバスはチャレンジに参加した優秀な量子コンピュータ開発者の採用も視野に入れている。量子コンピュータが登場する前に、既に、量子技術研究者の採用で戦いが始まっている。

離陸時に最小コストで上昇

タスクは５つの項目からなり、参加者はこれらの問題を解決する量子アルゴリズムを開発する。その一つが「Aircraft Climb Optimisation」で、最小のエネルギー(燃料)とコスト(飛行時間)で上昇するプロセスを計算する(下の写真)。航空機は短距離輸送で利用されるケースが増え、離着陸回数が大幅に増えた。このため、如何に省エネで離陸できるかが問われている。このタスクは与えられた条件で最適な組み合わせ(Low Cost Index、燃費と時間の最小値)を求める問題に帰着する。最適化問題は「NP-Hard」と呼ばれ、複雑な問題の中でも難解な領域を指し、スパコンでも解くことが難しく、量子コンピュータに期待が寄せられている。

機体の空力特性を評価

次は、数値流体力学(Computational Fluid Dynamics）を量子コンピュータで解くタスク(下の写真)。航空機の効率性は機体全体の形状により決まる。このデザインで数値流体力学が使われ、機体周囲の空気の流れを解析し、機体に及ぼす力などを解明する。いわゆる空力特性を求めるもので、スパコンでは処理時間がかかり精度を上げることが難しい。量子コンピュータで同じモデルを実行すると、どれだけスピードアップできるかを把握することがこのタスクの目的となる。これにより、大規模な数値流体力学モデルを生成し、これを量子コンピュータでシミュレーションすることにつなげる。

変微分方程式をAIで解く

数値流体力学で空力特性を解析することは変微分方程式を解くことに帰結する。このタスクは「Quantum Neural Networks for Solving Partial Differential Equations」として出題され、量子コンピュータで偏微分方程式を解く技法が求められる。空気など流体の運動は変微分方程式(Navier-Stokes Equationsなど)で記述され、これを解くためには精緻なモデルを生成し、大規模な計算量を必要とする。この方式に対し、変微分方程式をニューラルネットワークで解く研究が進んでいる。これはAIをシミュレーション結果で教育することで、偏微分方程式の解を見つける手法で、現行手法(Finite Volume Method、有限体積法)に比べ、高速で収束し精度が高いことが報告されている。チャレンジではこの方式を量子コンピュータで実現する技法の開発が求められ、現行コンピュータに比べ、どれだけスピードアップできるのかを評価する。

主翼構造の最適化など

この他のタスクとして、主翼の構造の最適化(Wingbox Design Optimisation、下の写真)やペイロード利用効率の最適化(Aircraft Loading Optimisation)が出題されている。タスクの殆どが航空機の運用効率を高める技術を量子コンピュータで求めるもので、量子アルゴリズムは最適化問題(Optimization)で威力を発揮すると期待されている。

NISQでアルゴリズム開発

これらのタスクはNISQ型の量子コンピュータで実行される。不安定なプロセッサで大規模なゲート演算はできないため、エラーに耐性のある量子アルゴリズムの開発が求められる。また、量子コンピュータと現行コンピュータを連結したハイブリッド構成でアルゴリズムを開発する手法も対象となる。NISQで航空機デザインに役立つ成果がでるのか、審査結果が待たれる。

先行して開発する

エアバスは航空機開発でスパコンを採用した最初の企業で、今では量子コンピュータを使った開発方式を模索している。エアバスは量子コンピュータで飛行物理特性(Flight Physics)を計算することに着目し、複雑な物理特性を解明し、開発時間を短縮することを目指している。このために、エアバスは量子コンピュータ開発メーカーや研究機関と提携し、共同で量子アルゴリズムを開発する手法を取っている。高信頼性の量子コンピュータが登場するのはもう少し先だが、NISQやシミュレータでの量子アルゴリズム開発が本格的に始まった。

量子アルゴリズムで地球温暖化対策

航空機は大量の二酸化炭素を排出し地球温暖化の要因とされている。航空機は温暖化ガスの2.5%を輩出しているが、2050年にはパリ協定で定められた温暖化ガス排出量の1/4を占めると予測されている。このため、飛行機で移動することは反社会的とみられ、「Flight Shame」という風潮が広がり、飛行機に乗ることに後ろめたさを感じる人が増えてきた。航空機メーカーとしては温暖化ガス排出量を削減することが大きな使命となり、量子コンピュータを使い機体デザインや航空機運行を最適化する方向に向かっている。

Deepfakesとは、AIを使って人物のイメージを生成する技術を指し、被写体の人物の顔を別人の顔に置き換える機能を持つ。このためDeepfakesは「Face Swapping」とも呼ばれ、顔をスワップするために使われる。映画や広告で往年のスターを再現する特撮として使われるが、Deepfakesの殆どがポルノで使われ多くの女優が被害にあっている。また、米国では大統領選挙がフェイクイメージで混乱すると恐れられている。Deepfakesの技術進化は速く、ネット上には高度なフェイクビデオが掲載され、何が真実なのか判別がつかない社会に向かっている。

ポルノ映画

Deepfakesで生成されたフェイクビデオの数が急増しているが、その96%がポルノ映画で使われてるという報告もある。Deepfakesはビデオで登場するポルノ女優の顔を有名女優や歌手の顔で置き換える。女優や歌手は顔が無断で使われ、イメージが傷つき、Deepfakesの最大の被害者となってる。被害を受けている女優や歌手は米国だけでなく英国や韓国など世界に広がっている。

大統領選挙

2020年は米国大統領選挙の年で、候補者を攻撃するためにDeepfakesが使われると懸念される。既に、民主党大統領候補エリザベス・ウォーレン(Elizabeth Warren)のフェイクビデオが登場した(下の写真右側)。テレビ女優ケイト・マッキノン(Kate McKinnon)の顔(下の写真左側)がウォーレンの顔(右側)で置き換えられた。これは大学が研究目的で生成したものであるが、大統領選挙で先頭を走るウォーレンはこれから様々な攻撃を受けることが予測される。特に、米国政府はロシアや中国がDeepfakesを使って世論を操作することを警戒している。

テレビ難組

人気トークショーに出演したビル・ヘイダー(Bill Hader、下の写真右側)の顔がアル・パチーノ(Al Pacino)の顔で置き換えられた(下の写真左側)。このビデオはCtrl Shift Faceにより生成されたもので、番組でヘイダーが演じたシーンをDeepfakesで顔を置き換えた。多くのDeepfakesを見たがこのビデオが一番完成度が高い。目の前で顔が陽気なヘイダーからストイックなパチーノに移り変わり、見ていて気味悪さを感じる。

映画スター

映画会社はAIを使って若き日のスターの姿を蘇らせ、亡くなった俳優が最新の映画に登場する。映画「ローグ・ワン(Rogue One: A Star Wars Story)」で、ピーター・カッシング(Peter Cushing)が演じる軍人グランド・モフ・ターキン(Grand Moff Tarkin)の姿がAIで再現された(下の写真右側)。これは特殊効果制作会社Industrial Light & Magicが生成したもので、俳優(Guy Henry)の表情や演技をヘッドカメラなどで捉え、これをAIでPeter Cushingに変換した。高精度な光学機器と大規模な編集システムが使われ、往年のスター(下の写真左側、オリジナルの映画)が完全な形で蘇った。一方、亡くなった俳優を高度なAIで再生することについては意見が分かれる。本人の了解なくスクリーンで演技をさせることは倫理的に問題である、という意見も少なくない。

美術館

フロリダ州のダリ美術館「The Dali Museum」はDeepfakesを使って作家ダリを蘇らせた(先頭の写真)。機知に富むダリはビデオ「Dalí Lives」に登場し、「死んではいなかった」と語る。これは広告会社GS&Pにより制作されたもので、過去に撮影された6000枚のフレームを使ってこのビデオが作られた。ダリは観客の言葉に応じて様々な動きをするが、これら異なるシーンはDeepfakesを使って生成された。最後に、ダリは観客に「一緒に自撮りをしませんか」と尋ね、撮影した写真を示してビデオが終わる。

スマホアプリ

スマホアプリ「Zao」を使うと誰でも簡単に映画スターになれる。Zaoは中国企業が開発したもので、Deepfakesのモバイル版となり、映画スターの顔を自撮り写真で置き換える。例えば人気テレビドラマ「ゲーム・オブ・スローンズ(Game of Thrones)」を選ぶと、ジョン・スノー(Jon Snow)の顔(下の写真左側)を自分の顔で置き換えることができる(下の写真右側)。ハンサムだが少し影があるスノーに代わって自分が映画の中で演技するフェイクビデオができる。このアプリが絶大な人気を博している理由は、少ない数の写真でリアルなフェイクビデオができことにある。Zaoの事例はDeepfakesが急速に進化している確かな証拠となる。

カリフォルニア州の法令

このようにDeepfakesは急速に進化しており、来年の大統領選挙を前に、全米で危機感が広がっている。カリフォルニア州は2019年10月、選挙に関連してDeepfakesを使うことを禁止する法令を制定した。この法令は選挙に限定して適用され、投票日まで60日以内に、候補者のフェイクイメージやフェイクボイスを配布することが禁じられる。ただし、報道各社に対しては適用が除外され、また、風刺や娯楽を目的としたDeepfakesも対象外となる。Deepfakesを生み出しているカリフォルニア州は技術の悪用に対し厳しく対処する姿勢を示している。

米国連邦政府の法案

米国連邦議会もDeepfakesを規制する法案の制定を進めている。これは「DEEPFAKES Accountability Act」と呼ばれ、下院議員Yvette Clarkeにより提案された。この法案はソーシャルメディア企業にDeepfakesを検知する技術の開発を義務付けるもので、また、悪意あるDeepfakesをウェブサイトに掲載することを禁じる。2016年の大統領選挙で有権者はフェイクニュースで混乱し、米国政府はその対応が後手に回った。2020年はフェイクビデオが世論をかく乱するとして対応を進めている。

フェイクビデオを検知するAI

Deepfakesの生成ではGoogleのTensorFlowが使われ、生成されたフェイクビデオはFacebookのソーシャルネットワークで拡散する。GoogleとFacebookは間接的であるがDeepfakes開発に関与している。このため、両社はDeepfakesを検知する技術の開発を進めている。Deepfakes検知技法の研究は大学などが進めているが、AIを使ってフェイクビデオを特定する方式が主流になっている。このため、AIを教育するために大量のフェイクビデオが必要となる。GoogleとFacebookはこの教育データを生成することで検知技術開発に寄与している。高度な検知技術が登場しているがDeepfakesの技術進化は速く、半年から一年以内に完璧なDeepfakesが登場すると懸念されている。

サンフランシスコやオークランドで顔認識技術を規制する法令が相次いで成立し、警察が犯罪捜査でこの技術を使うことが禁止され、この流れが全米に広がっている。一方、米国市民は警察ではなく民間企業が顔認識技術を使うことを懸念している。民間企業が顔認識技術を乱用するケースが増えており、米国社会でAIへの不信感が広がっている。

世論調査

調査会社Pew Researchによると、米国市民の56%は警察が顔認識技術を使うことを容認していることが分かった。特に、警察がテロ対策など治安維持のため公共の場で顔認識技術を使うことに対しては59%の人が賛成している。これに対し、民間企業が顔認識技術を使うことに対しては36%の人が容認している。米国の消費者は顔認識技術活用について警察ではなく民間企業を信用していないという事実が明らかになった。

コンサート会場

こうした世論の背後には民間企業が顔認識技術を乱用している事実がある。人気歌手Taylor Swiftのセキュリティチームはコンサートツアー「Reputation Stadium Tour」で観客を撮影し、顔認識技術を使い、特定の人物を把握していたことが明らかになった。観客の中からストーカーを特定するために顔認識技術が使われ、Swiftが被害にあうのを未然に防止するための措置であった。また、Rose Bowlでのコンサートにおいても(上の写真)、キオスクに設置されたカメラでファンを撮影しストーカーを特定した。これらの措置は観客に通知されておらず、ファンの中にはこの行為をプライバシー侵害と捉える人も少なくなかった。

イベント入場システム

イベントチケット販売会社「Ticketmaster」は顔認証技術を使ったイベント入場システムを開発している。同社は「Ticketmaster Presence」というデジタルチケットを提供しており、利用者はスマホにチケットを格納し、会場ゲートでスマホをリーダーにかざすだけで入場できる(下の写真)。格納したチケットから人間には聞こえない音が発せられ、これをマイクで読み取り本人を確認する仕組みとなる。

顔パスで入場

Ticketmasterは次期システムとして顔認証技術に注目している。チケット購入者はスマホを使う必要はなく顔パスで会場に入場できる。事前に顔写真を自撮りしこれをTicketmasterに登録しておくと、会場ゲートではカメラで撮影した顔写真とこれを比較することで顔認証が実行される。手ぶらで入場できるため便利な仕組みであるが、ファンやアーティストから反対の声が上がっている。顔の形状という生体情報が採取されることが懸念の原因で、Ticketmasterがこれら生体情報をどう管理するのかが問われている。また、警察当局からこれら生体情報の提供を求められた際、Ticketmasterは拒み切れるのかについても疑問視されている。

アパートのセキュリティ

ニューヨークの低所得者向けアパート「The Atlantic Plaza Towers」(下の写真)に顔認証システムが導入される計画が明らかになり、入居者が一斉に反対している。このアパートは二重のセキュリティがしかれ、ビルに入るときと部屋に入るときに二種類のキー(Key Fob)を使う。このうち、ビルに入るキーを顔認証システムに置き換え、ビル入り口で専用デバイスにより顔認証を受ける仕組みとなる。しかし、アパートの住人はキーを顔認証技術に置き換えることに反対し、意見書を管理会社に提出した。住民は顔データを使って監視されることに対し強い懸念を示している。住人の多くは黒人で、アパート管理会社は黒人の住人を監視し、白人や他の人種に置き換えるためと疑っている。顔認証技術を使って人種選別が行われることを恐れている。

コンビニの入店管理

コンビニなどの小売店舗が顔認証技術を導入する動きが目立ってきた。セキュリティを強化するのが目的で、店舗入り口にカメラを設置し、顔認証技術で顧客を確認する(下の写真)。問題がなければ入口のロックが開錠され顧客は店内に入ることができる。しかし、犯罪者を特定すると入口のロックは開錠されず、店員にアラートが発信される。万引き常習犯や犯罪者を店舗内に入れないためのシステムで、ポートランドのコンビニ「Jackson Store」などが採用している。しかし、消費者からは顔認証技術の乱用であるとの声が上がっている。消費者は入店するために顔データが採取され、犯罪者データセットと付き合わされる。この方式はプライバシーの侵害で法的な規制を求める声が多い。

妥当性について意見が分かれる

民間企業が顔認証技術を使いセキュリティを強化しているが、それらが妥当かどうかについては意見が分かれている。Taylor SwiftやTicketmasterのケースでは安全性や利便性を勘案すると容認できるとの意見もあるが、著名コンサートイベント「Austin City Limit」などは会場で顔認識技術の使用を禁止すべきとしている。アパート入室管理で顔認証技術を使うことは違法ではないが、このケースでも規制を求める声が高まっている。

民間企業向けの規制

一方、コンビニに入店するために顔認証を受けることは一線を超えているとして、市民が強く反対している。民間企業のケースでは顔認証技術を制限する法令はなく、各社の自主規制に任されている。このため、技術の乱用と思われるケースも少なくなく、統一したルール作りが求められている。ポートランド市などが規制案を検討しており、警察の次は民間企業向けの顔認証技術運用ルールが審議されている。