2019 Fiscal Year Research-status Report
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17K14148
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
曽田 繁利 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (60466414)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子ダイナミクス / 強相関量子系 / 量子多体系 / 密度行列繰り込み群法 / 大規模計算 / 量子コンピュータ / 量子情報 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２０１９年度の本研究課題では、まず、強相関量子シミュレータの研究開発としてはこれまでに開発した大規模並列時間依存密度行列繰り込み群法によるプログラムの拡張を行った。特に、量子コンピュータのシミュレータとしてこの時間依存密度行列繰り込み群法によるプログラムを応用することを念頭に、アニーリング方式、およびゲート方式の双方のシミュレーションを可能にした。アニーリング方式については、これまで開発してきた時間依存密度行列繰り込み群法による実時間シミュレーションに加え、アニーリング方式の量子コンピュータで対象となるイジング模型の基底状態計算に対し、古典コンピュータの利用の範囲で高精度、かつ大規模な計算を可能にする密度行列繰り込み群法を基本とした新たなアルゴリズムを開発した。実際に、現時点での量子アニーリング方式の量子コンピュータD-Waveで実行可能な量子ビット数(2048 qubit)を超える系の基底状態をPCで十分計算可能であることが確かめられた。さらに、大規模並列計算に対応しているため、利用する計算資源の規模に応じてより巨大な系の計算を実行することが可能である。また、ゲート方式の量子コンピュータのシミュレーションについては、クリフォードゲートやCNOT等、万能量子ゲートを構成する各ゲートを自由に波動関数に作用することができるように機能を拡張した。密度行列繰り込み群法では限られた基底で系を表現することから、ゲート式量子コンピュータへの応用は限定されると考えられる。しかしながら、ゲート式量子コンピュータの量子超越性の検証の立場からも非常に有用であると考えられる。また、開発した強相関量子シミュレータは、強相関量子系の量子ダイナミクスの各研究で利用され、その研究成果も続々と報告しているところである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
強相関量子シミュレータの開発については、当初予定していた機能の実装は完了し、さらに付加的な機能を追加するなど進展していると考えられる。また、応用についても、特に量子アニーリングを対象にその安定性に寄与する基底状態と第一励起状態間のエネルギーギャップに対するを始め、動的密度行列繰り込み群法による励起ダイナミクスの研究などを論文、学会等で発表している。したがって、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに開発した強相関量子シミュレータの完成を目指す。また、この研究開発については論文等にまとめて報告する。開発した強相関量子シミュレータは公開する予定である。また、応用研究として開発した強相関量子シミュレータを用いた研究、特に量子計算を焦点に研究を進める予定である。
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| Causes of Carryover |
研究が問題なく進行したため、問題が発生した場合の研究打ち合わせにかかる旅費を必要としなかったため。また、新型コロナウイルス感染症の流行により参加を予定していた国内外の会議が中止になったため。
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