Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
t-design に基づくランダムユニタリ変換は、様々な量子情報処理で必須であり、また、量子カオス系を近似する手法や、環境系の非マルコフ化を生じさせる手法としても重要であることが分かってきた。しかし、従来のt-designの生成プロトコルは、量子コンピュータ上の効率的なアルゴリズムとして設計されており、量子多体系上で実装する事は困難である。本研究では、量子制御理論の手法を応用する事で、量子多体系の小さな部分系へのランダムな作用のみで、全体系にt-designが発生させる手法を考案する。
今年度は前年度構築したt-designの作成法の構築で得られた知見を変分量子計算に応用することを目指した。ここで変分量子計算とは、変分法を用いた量子-古典ハイブリッドアルゴリズムの総称であり、現在実用化が模索されているノイズが入った中規模の量子計算機(NISQ)でも実装が可能であるため注目を集めている。本研究では、種々の変分量子計算アルゴリズムの中でも、量子変分固有値ソルバー(VQE)に着目し、前年度の知見を応用することで、間接制御を用いた量子多体系上でのVQEの実装法の開発を行った。我々は前年度、スピン鎖の端の１・２量子ビットにランダムな時刻にランダムな量子演算を施すとt-designを発生することを示した。ここでは、量子演算に含まれているパラメータと演算を施す時刻をランダムに選択することで、様々なユニタリ変換を効率的に生成している。一方、この結果を変分量子計算の視点から見直すと、我々は、スピン鎖の間接制御によりユニバーサル量子計算が実装可能な、パラメータ付き量子回路を得たことになる。したがって、適当なコスト関数に対してこのパラメータを最適化することで、スピン鎖上の変分量子計算が実装可能である。我々はこの手法によりスピン鎖上における間接制御を用いたVQEの実装プロトコルを提案した。特に、VQEにおいては、パラメータ付き量子回路の実装以外にも、パウリ演算子の測定を行うステップと、コスト関数の勾配を求めるステップが存在するが、これら2つのステップも、間接制御により実装可能であることを示した。さらに、1次元XX、横磁場イジング、XXX模型に対してVQEの性能を数値シミュレーションにより求めた。結果として、通常の直接制御による実装と大差のない性能で、スピン鎖上で間接制御を用いてVQEが実装可能であることを示した。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2023 2022
All Presentation (8 results)
