| Research Abstract |
通常,量子チューリング機械に代表される量子計算モデルはそのすべてが量子デバイスを用いて構成される.しかしながら,実際の量子計算機の実現にあたっては,必要な部分にのみ量子デバイスを用い,その他の部分は古典デバイスを用いるのが現実的である.そこで,本研究ではこのような量子デバイスと古典デバイスが協調して動作するような計算機の能力の解析を行った.
量子デバイスと古典デバイスが協調して動作するモデルを考えることは,上述の理由の他に,可逆性を緩和できるという利点がある.量子計算モデルは量子力学から来る制約上,可逆な計算モデルでなければならない.この制約は場合によっては量子計算モデルの能力を古典計算モデルより弱くすることにもなりうる.しかしながら,古典デバイスはこのような可逆性という制約を受けないため,自由に操作ができる.
本研究では,計算モデルとしてプッシュダウンオートマトンを考え,その有限状態制御部とテープヘッドに量子デバイスを,スタックに古典デバイスを用いた量子-古典協調計算モデルを提案し,その能力の解析を行った.結果として,片側誤りのもとで,量子計算モデルの方が古典計算モデルよりも認識できる言語のクラスが大きくなる,つまり,能力が高くなることを示した.
また,分散計算環境における量子計算モデルにおいて,古典の乱数を取り入れることにより,古典モデルよりも通信量の点で効率的に計算できる場合があることを示した.この結果も,量子モデルに古典デバイスを導入したモデルの優位性を示すものとなっている.
さらに,このような量子-古典協調計算機向けの開発環境として,量子プログラミング言語の策定に取り組んでいる.この量子プログラミング言語を用いることにより,量子計算機で実行すべき部分と古典計算機で実行すべき部分に対し,適切に処理を行う量子-古典協調回路を作成することが可能となる.
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