量子アルゴリズム・計算量・浅層回路と量子コンピュータ実機実験による量子優位性研究

使用量子算法、计算复杂性、浅层电路和量子计算机实验进行量子优越性研究

• 批准号: 20H00579
• 负责人: 今井 浩
• 金额: $ 28.54万
• 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 (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00579/
• 关键词: 量子コンピュータ; 量子優越性; 浅層量子回路; 凸多面体の量子情報; 量子回路設計理論; 量子優位性; 量子エラー緩和; Bellの不等式; 量子非局所性

2年度目の研究では、IBMの65量子ビットの量子コンピュータが研究代表者のところで利用できるようになり、それを用いて量子グラフ状態の一般化Bell不等式の破れの研究を進めることができた。65量子ビットのレベルでは、古典シミュレーションもかなり難しくなるとともに、それまでのエラー緩和手法が量子ビット数の指数時間かかっていた点が大きな問題として顕在化する。それを解決するための研究を進め、新たに100量子ビットレベルでも適用できる測定エラーに対するエラー緩和法を提案した。これは初年度に見出した課題を解決したものである。これを次年度に続けて、論文として公開するに至っている。浅層回路に関する計算量理論からの解析では、定数段から次のステップとして、量子ビット数の対数深さのものを考え、それについて取り組みを始めた。この問題の周辺には、Jozsaの予想という浅層回路を古典計算とハイブリッドで用いた場合の計算量に関する問題と密に関係しており、その回目に向けて明確な一歩を次年度に国際会議で論文を成果発表すること示した。分担者のLe Gallは、量子分散計算に関して自ら構築した枠組みの中で活発な研究を進め、国際会議で発表するとともに、研究コミュニティのリーダとして国際会議のプログラム策定などで貢献もしている。分担者の山下が中心となって研究を進め、実機への応用を目指した回路設計の研究も始めており、Sゲートを用いてTゲート・Toffliゲートの数を改善する量子回路設計法や、SATを用いた設計論を展開した。分担者のAvisがスタートさせた量子重力理論の共形場でのエントロピー錐の研究を凸多面体解析を自ら開発した並列プログラムで解析するなどして、次年度に論文発表することにつながっている。

2 year の research で は, IBM の 65 quantum ビ ッ ト の quantum コ ン ピ ュ ー タ が research representatives の と こ ろ で using で き る よ う に な り, そ れ を with い て quantum グ ラ フ state の generalized Bell inequality の broken れ を の research into め る こ と が で き た. 65 quantum ビ ッ ト の レ ベ ル で は, classical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン も か な り difficult し く な る と と も に, そ れ ま で の エ ラ ー alleviation technique が quantum ビ ッ ト number の index time か か っ て い た が き big な problem と し て 顕 in turn す る. そ れ を solve す る た め を の research into め, new た に 100 quantum ビ ッ ト レ ベ ル で も applicable で き る determination エ ラ ー に す seaborne る エ ラ ー palliative method proposed を し た. In the first year, に identified the <s:1> た topic を to solve the <s:1> た れ である である である である である である である である である である. Youdaoplaceholder2 れを the following year に続けて and the paper と て て will be published するに to って る る る. Shallow loop に masato す る computation theory か ら の parsing で は, destiny か ら times の ス テ ッ プ と し て, quantum ビ ッ ト number の several deep さ seaborne の も の を え test, そ れ に つ い て group take り み を beginning め た. こ の problem の weeks 辺 に は, Jozsa の to think と い う shallow loop を classical computing と ハ イ ブ リ ッ ド で with い た occasions の computation に masato す る problem と dense に masato is し て お り, そ の pa2 に to け て な a clear step を annual で に international conference papers を results 発 table す る こ と shown し た. Sharers の Le Gall は, disperse quantum computing に masato し て since ら build し た 枠 group み の で live in 発 を な research into め, international conference で す 発 table る と と も に, research コ ミ ュ ニ テ ィ の リ ー ダ と し て international conference の プ ロ グ ラ ム draw up な ど で contribution も し て い る. Sharers の が below center と な っ て research を into め, be machine へ の 応 with を refers し た circuit design の research beginning も め て お り, S ゲ ー ト を with い て T ゲ ー ト · Toffli ゲ ー ト の number を improve す る や quantum circuit design method, SAT を い た を design theory on し た. Sharers の Avis が ス タ ー ト さ せ た quantum gravity theory の conformal field で の エ ン ト ロ ピ ー の research を cone convex polyhedron parsing を since opening ら 発 し た parallel プ ロ グ ラ ム で parsing す る な ど し て, annual に paper 発 table す る こ と に つ な が っ て い る.

项目成果

Quantum Approximate Counting for Markov Chains and Application to Collision Counting

马尔可夫链的量子近似计数及其在碰撞计数中的应用

• DOI: 10.26421/qic22.15-16-1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Quantum Information and Computation
• 影响因子: 1
• 作者: Francois Le Gall;Iu-iong Ng
• 通讯作者: Iu-iong Ng

Determining Initial Qubit Layouts for Steiner-Gauss Elimination

确定斯坦纳-高斯消除的初始量子位布局

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Sasaki;T Sakai;T. Kanamori;Yu Huan
• 通讯作者: Yu Huan

Distributed Quantum Interactive Proofs

• DOI: 10.4230/lipics.stacs.2023.42
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: ArXiv
• 作者: Franccois Le Gall;Masayuki Miyamoto;H. Nishimura

量子ビットの処理順序を考慮したシュタイナーガウス消去法による量子回路の設計

考虑量子位处理顺序的采用斯坦纳-高斯消去法的量子电路设计

• 发表时间: 2020
• 作者: 田中一輝，上見アレックス，升井義博;Kota Asahi and Shigeru Yamashita;荒川祐貴，升井義博;上見アレックス，荒川裕貴，時永征弥，升井義博;Jingwen Ding and Shigeru Yamashita;西宮司，荒川祐貴，時永征弥，升井義博;田中一輝，升井義博;Wakaki Hattori and Shigeru Yamashita;冨永伸，上見アレックス，升井義博;山下茂，松尾惇士;荒川祐貴，升井義博;Naoya Asada;時永征弥，日野翔太，升井義博;Shouhei Kuroda;Atsushi Matsuo;浅田尚也;Shohei Kuroda;Duo Xu;Terumi Oguri;山下 茂;山下 茂;山下 茂;HAN ZHENGTONG
• 通讯作者: HAN ZHENGTONG

An Efficient Method to Decompose and Map MPMCT Gates That Accounts for Qubit Placement

一种分解和映射考虑量子位布局的 MPMCT 门的有效方法

• DOI: 10.1587/transfun.2022eap1050
• 发表时间: 2023
• 期刊: IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences
• 作者: Atsushi Matsuo;Wakaki Hattori;Shigeru Yamashita
• 通讯作者: Shigeru Yamashita