2021 Fiscal Year Annual Research Report
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
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20H00579
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
今井 浩 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (80183010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 茂 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (30362833)
ルガル フランソワ 名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (50584299)
Avis David 京都大学, 情報学研究科, 非常勤講師 (90584110)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 量子コンピュータ / 量子優位性 / 量子回路設計理論 / 浅層量子回路 / 凸多面体の量子情報 / 量子エラー緩和 / Bellの不等式 / 量子非局所性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
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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
初年度は研究の中で、新たに量子計算の範囲を拡大する研究課題を設定することができ、2年度でそれらの成果創出に向けて取り組んだ。まだコロナ禍の影響があり、海外研究者の招へいは難しいところであるが、次年度にそれを実現して研究推進する展開も検討した。
量子コンピュータ実機利用では、65量子ビットの量子コンピュータがさらに127量子ビットのものも利用が始まり、一般化Bell不等式を用いた浅層回路をベンチマーク的に利用することも可能となった。浅層回路の計算量理論・回路設計論の観点からの研究も進展しており、おおむね順調に研究が進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年度目の研究を通して、当初目標を拡張した研究計画に沿って、さらに研究推進していく。その中で、エントロピー錐を量子計算的に理解する研究も進める。浅層回路については対数深さの回路独自に解ける問題とともに、それを古典計算とハイブリッド計算した場合の研究をスタートさせる。量子回路設計理論についても、将来の量子誤り訂正実現の観点からの研究に取り組む。
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