2023 Fiscal Year Annual Research Report
量子制御理論に基く量子多体系における物理的に自然なt-designの生成法の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | The Natural Laws of Extreme Universe--A New Paradigm for Spacetime and Matter from Quantum Information |
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22H05252
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
尾張 正樹 静岡大学, 情報学部, 准教授 (80723444)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2024-03-31
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| Keywords | t-design / 量子制御 / 量子コンピュータ / 量子多体系 / 間接制御 / ランダムユニタリ変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は前年度構築したt-designの作成法の構築で得られた知見を変分量子計算に応用することを目指した。ここで変分量子計算とは、変分法を用いた量子-古典ハイブリッドアルゴリズムの総称であり、現在実用化が模索されているノイズが入った中規模の量子計算機(NISQ)でも実装が可能であるため注目を集めている。本研究では、種々の変分量子計算アルゴリズムの中でも、量子変分固有値ソルバー(VQE)に着目し、前年度の知見を応用することで、間接制御を用いた量子多体系上でのVQEの実装法の開発を行った。
我々は前年度、スピン鎖の端の１・２量子ビットにランダムな時刻にランダムな量子演算を施すとt-designを発生することを示した。ここでは、量子演算に含まれているパラメータと演算を施す時刻をランダムに選択することで、様々なユニタリ変換を効率的に生成している。一方、この結果を変分量子計算の視点から見直すと、我々は、スピン鎖の間接制御によりユニバーサル量子計算が実装可能な、パラメータ付き量子回路を得たことになる。したがって、適当なコスト関数に対してこのパラメータを最適化することで、スピン鎖上の変分量子計算が実装可能である。我々はこの手法によりスピン鎖上における間接制御を用いたVQEの実装プロトコルを提案した。特に、VQEにおいては、パラメータ付き量子回路の実装以外にも、パウリ演算子の測定を行うステップと、コスト関数の勾配を求めるステップが存在するが、これら2つのステップも、間接制御により実装可能であることを示した。
さらに、1次元XX、横磁場イジング、XXX模型に対してVQEの性能を数値シミュレーションにより求めた。結果として、通常の直接制御による実装と大差のない性能で、スピン鎖上で間接制御を用いてVQEが実装可能であることを示した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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