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Quantum programming and algorithms based on higher-order quantum operations

基于高阶量子运算的量子编程和算法

基本信息

批准号：
21H03394
负责人：
村尾美緒
金额：
$ 10.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、高階量子演算に基づいた新たな量子プログラミング方法の確立と、この方法を用いた新たな量子アルゴリズムの開発や量子アプリケーションへの応用、量子情報処理の時空構造の基盤的理解の深化により、量子計算フロンティアの開拓を目指すものである。初年度は、1. 関数型量子プログラミングの基盤となる高階量子関数を実行するための高階量子演算のカタログ作成、2. 高階量子演算を利用した新たな量子アプリケーションを探索するための研究、3. 高階量子演算の解析を通じた量子情報処理の時空構造の解析を行い、次の成果を得た。1. については、量子情報の符号化や復号で重要な演算であるアイソメトリ演算の逆変換化に関する高階量子演算の実装方法を考察した。アイソメトリ演算では出力次元が入力次元より大きいが、入力次元の大きさのみに依存するコストで逆変換化が可能な確率的並列アルゴリズムを発見した。さらに、「成功か引き分け化」の最適化により、成功確率を上げることができることを示した。2.については、高階量子演算を利用したユニタリ通信路判別問題の最適化について考察し、3.と関連して、判別対象のユニタリ通信路を用いる因果構造の違いが及ぼす影響を考察した。半正定値計画法(SDP)を用いた解析により、判別対象の3つ以上のユニタリ通信路が群をなさない場合には、並列＜直接＜不定因果的の順序で、対応する戦略を用いると判別の成功確率が上がることを証明した。一方、判別対象のユニタリ通信路が群をなす場合には、並列戦略が最適であることを証明し、その場合の最適化確率を導出した。さらに2と3.と関連して、量子系を冷却するために必要なコストの解析を行い、量子熱力学においては空間的なコストのみならず時間的なコストと複雑性コストを考えることで、ランダウアー原理と熱力学第三法則との差の引き起こすパラドックを解決した。

This study aims at establishing new quantum computing methods for high-order quantum computing, developing new quantum computing methods for quantum computing applications, deepening understanding of quantum information processing and space-time structures, and developing quantum computing methods. The first year, 1. The higher-order quantum correlation is implemented in the higher-order quantum computation. 2. Higher-order quantum computing is a new way to explore quantum computing. The analysis of high-order quantum algorithms and the analysis of space-time structures of quantum information processing are carried out in the middle and second stages. 1. In this paper, we investigate the implementation methods of high-order quantum algorithms related to the inverse transformation of symbolic and complex signals of quantum information. The solution is to transform the input dimension into the input dimension into the output dimension. The optimization of "success rate" and "success rate" are shown in this paper. 2. Investigation on optimization of communication path discrimination problem by using high-order quantum calculus; 3. Investigation on violation of causal structure and influence of causal structure by using correlation and discrimination object communication path Semi-definite value planning (SDP) is used to analyze and identify objects with more than 3 sets of communication paths. In the case of parallel <direct <indefinite causal order, the accuracy of discrimination is proved. The optimal accuracy of a party's decision on the number of communication paths is derived. 2. Correlation, quantum system cooling, necessary analysis, quantum thermodynamics, space, time, complexity, third law of thermodynamics, differential analysis

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Universal inversion of unitary and isometry operations: deterministic and exact algorithms

酉和等距运算的通用反演：确定性和精确算法

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Satoshi Yoshida;Akihito Soeda and Mio Murao
通讯作者：
Akihito Soeda and Mio Murao

量子系をプログラミングする

编程量子系统

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shimizu Akio;Maeda Keisuke;Ueshima Junko;Inoue Tatsuro;Murotani Kenta;Ohno Tomohisa;Nomoto Akiko;Nagano Ayano;Kayashita Jun;Mori Naoharu;Fujishima Ichiro;四反田功;村尾美緒
通讯作者：
村尾美緒

Landauer Versus Nernst: What is the True Cost of Cooling a Quantum System?

DOI：
10.1103/prxquantum.4.010332
发表时间：
2021-06
期刊：
PRX Quantum
影响因子：
9.7
作者：
Philip Taranto;F. Bakhshinezhad;Andreas Bluhm;Ralph Silva;N. Friis;Maximilian P. E. Lock;G. Vitagliano;F. Binder;Tiago Debarba;Emanuel Schwarzhans;F. Clivaz;M. Huber
通讯作者：
Philip Taranto;F. Bakhshinezhad;Andreas Bluhm;Ralph Silva;N. Friis;Maximilian P. E. Lock;G. Vitagliano;F. Binder;Tiago Debarba;Emanuel Schwarzhans;F. Clivaz;M. Huber

Unitary channel discrimination beyond group structures: Advantages of sequential and indefinite-causal-order strategies