Creation and Analysis of New Integrable Stochastic Processes Utilizing Quantum Integrability

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03793
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Sakai Kazumitsu 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (10397028)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茂木 康平 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (30583033)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 可解模型 / 量子可積分系 / 確率過程 / 量子ウォーク / 量子計算 / 量子コンピュータ / 量子ランダムアクセスメモリ / 対称多項式

Outline of Final Research Achievements

Using quantum walks, which can be interpreted as the "quantum version of stochastic processes," we introduced and formulated a new type of universal quantum computer and quantum random access memory (qRAM). First, we proposed an entirely new type of qRAM algorithm using discrete-time quantum walks, and then we physically implemented the qRAM by introducing continuous-time quantum walks. Furthermore, we proposed a universal quantum computer compatible with this qRAM.

Free Research Field

量子可積分系，量子計算

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，量子的な確率過程である，量子ウォークを用いて，所望のアドレスに格納された古典情報を，量子的に重ね合わされた状態として実現する高効率なqRAMを考案した．量子ウォークを用いると，量子力学的に重ね合 わされた粒子が，適切に処理されたグラフを「空間的」に移動することによって所望の量子状態を実現することができ，時間的な処理が一切必要でなくなる．さらに，連続時間量子ウォークを用いてその物理的実装を行い，qRAMと互換性のあるユニバーサル量子コンピュータの提案も行った．