Quantum Algorithms for Large-Scale Quantum Computers: New Horizons and Applications

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04139
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 60010:Theory of informatics-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Le Gall Francois 名古屋大学, 多元数理科学研究科, 教授 (50584299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 泉 泰介 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (20432461) ; 平原 秀一 国立情報学研究所, 情報学プリンシプル研究系, 准教授 (80848440)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 量子アルゴリズム / 量子分散計算 / 量子計算量理論

Outline of Final Research Achievements

We investigated the computational power and the applications of large-scale quantum computers. We first rigorously established a quantum advantage (i.e., showed that quantum computers can be faster than supercomputers) for fundamental problems such as high-precision chemistry calculations. We developed several fast quantum distributed algorithms and proved a quantum advantage for distributed computing as well. We also investigated the potential of shallow (i.e., low depth) quantum circuits and demonstrated that they can be significantly more powerful than classical shallow circuits.

Free Research Field

理論計算機科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

20年～30年後に実現が期待される大規模量子コンピュータの活用方法を発展させた。高精度化学計算において、大規模量子コンピュータが通常のコンピュータよりも指数関数的に速く問題を解決できることを示すことにより、顕著な優位性の理論的根拠を与えた。さらに、量子分散アルゴリズムや量子文字列アルゴリズムなど、様々な高速量子アリゴリズムを開発することにより、大規模量子コンピュータの応用を開拓した。