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量子通信及び量子計算を限定した量子対話型証明の解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K00015
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 情報学基礎理論
研究機関名古屋大学

研究代表者

西村 治道  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (70433323)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2019年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード量子計算 / 対話型証明 / 計算量理論 / 量子計算の検証 / 量子計算量理論 / 量子対話型証明 / DQC1モデル / 量子コンピュータ / 量子通信
研究成果の概要

量子対話型証明は1ラウンドの検証システムである量子NPシステムの自然な拡張であり,無限の能力を持つパーティ(証明者)と多項式時間の能力を持つパーティ(検証者)の間で複数回のラウンドが認められている.量子対話型証明は量子計算量理論の主要トピックでありながら,まだ十分に探究されていない部分,未解決のまま残された課題も多い.そこでこのモデルをよりきめ細かな形で調査するため,本研究では幾つかの方法で量子通信や量子計算が制限された量子対話型証明の計算能力と計算限界を研究した.さらに,本研究で得られた量子対話型証明の解析技法を使ってDQC1モデルのような制限された量子計算モデルの能力を明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子計算は近年社会的に大きな注目を集めている.特に従来の計算機で効率的に行えないような何らかのタスクを近未来的に実現可能な量子計算機で行えるかという問題は,量子超越性と呼ばれて世界的に研究が加速している.しかしながら,量子計算機の計算能力の理論的解明は量子超越性の理論を含めて道半ばである.本研究の研究成果は,量子計算機の真の能力を明らかにするための基盤を固めるという学術的意義を持っている.また,近未来的に実現可能な量子計算による検証を意識して,制限された量子対話型証明の研究を行うとともに量子超越性の理論に対する貢献を行ったことで,社会的にも意義のある成果と考えられる.

報告書

(4件)
  • 2019 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] National University of Singapole(シンガポール)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Maryland(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Impossibility of Classically Simulating One-Clean-Qubit Model with Multiplicative Error2018

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujii, Hirotada Kobayashi, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Shuhei Tamate, Seiichiro Tani
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 20 ページ: 200502-200502

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.200502

    • NAID

      120006533116

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Merlin-Arthur with efficient quantum Merlin and quantum supremacy for the second level of the Fourier hierarchy2018

    • 著者名/発表者名
      Morimae Tomoyuki、Takeuchi Yuki、Nishimura Harumichi
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 2 ページ: 106-106

    • DOI

      10.22331/q-2018-11-15-106

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Power of one nonclean qubit2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Morimae, Keisuke Fujii, Harumichi Nishimura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 95 号: 4 ページ: 042336-042336

    • DOI

      10.1103/physreva.95.042336

    • NAID

      120006331829

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Merlinization of complexity classes above BQP2017

    • 著者名/発表者名
      Morimae Tomoyuki、Nishimura Harumichi
    • 雑誌名

      Quantum Information and Computation

      巻: 17 ページ: 959-972

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modified group non-membership is in promise-AWPP relative to group oracles2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Francois Le Gall
    • 雑誌名

      Quantum Information and Computation

      巻: 17 ページ: 0242-0250

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Quantum Advantage for the LOCAL Model in Distributed Computing2019

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Harumichi Nishimura, Ansis Rosmanis
    • 学会等名
      36th International Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science (STACS2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子計算量クラスについて2018

    • 著者名/発表者名
      西村治道
    • 学会等名
      ImPACT未来開拓研究会2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Interactive Proofs with Polynomial-Time Quantum Prover for Computing the Order of Solvable Groups2018

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Yuki Takeuchi
    • 学会等名
      43rd International Symposium on Mathematical Foundations of Computer Science (MFCS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rational proofs for quantum computing2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      18th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interactive proofs with polynomial-time quantum prover for computing the order of solvable groups2018

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Yuki Takeuchi
    • 学会等名
      18th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] make10の一般化について2018

    • 著者名/発表者名
      佐伯元春、西村治道
    • 学会等名
      第13回組合せゲーム・パズル研究集会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Merlinization of complexity classes above BQP2017

    • 著者名/発表者名
      森前智行、西村治道
    • 学会等名
      第37回量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Power of quantum computation with few clean qubits2016

    • 著者名/発表者名
      藤井啓祐,小林弘忠,森前智行,西村治道,玉手修平,谷誠一郎
    • 学会等名
      第35回量子情報技術研究会
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究機構つくばキャンパス(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Space-efficient error reduction for unitary quantum computations2016

    • 著者名/発表者名
      Bill Fefferman, Hirotada Kobayashi, Cedric Yen-Yu Lin, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      16th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS2016)
    • 発表場所
      Taipei (Taiwan)
    • 年月日
      2016-08-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] メモリ限定量子計算量について2016

    • 著者名/発表者名
      西村治道
    • 学会等名
      研究会「量子情報と有限長の新展開」
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-03
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Power of quantum computation with few clean qubits2016

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujii, Hirotada Kobayashi, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Shuhei Tamate, Seiichiro Tani
    • 学会等名
      43rd International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP2016)
    • 発表場所
      Rome (Italy)
    • 年月日
      2016-07-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Space-efficient error reduction for unitary quantum computations2016

    • 著者名/発表者名
      Bill Fefferman, Hirotada Kobayashi, Cedric Yen-Yu Lin, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      43rd International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP2016)
    • 発表場所
      Rome (Italy)
    • 年月日
      2016-07-12
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 研究者のホームページ

    • URL

      http://www.math.cm.is.nagoya-u.ac.jp/~hnishimura

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 研究者個人のホームページ

    • URL

      http://www.math.cm.is.nagoya-u.ac.jp/~hnishimura/

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-16  

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