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一般化された2者間古典相関を用いた分散量子計算の量子通信コストの解析

研究課題

研究課題/領域番号 18J10192
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 情報学基礎理論
研究機関東京大学

研究代表者

山崎 隼汰  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2019年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード量子通信コスト / 古典通信の方向 / quantum state merging
研究実績の概要

量子状態集約の量子通信コスト
分散量子情報処理において中心的役割を果たすタスクである量子状態集約(quantum state merging)に必要な量子通信コストに関し、分散量子情報処理において重要となる数十から数百量子ビット程度までの小・中規模領域の量子情報処理を扱うことができるone-shotの設定で解析し、量子エラー訂正符号などの具体例を用いて量子通信コストを具体的に評価した。その結果、こうした小・中規模領域において、大規模通信を目的として行われてきた先行研究よりも効率的に量子状態集約を行える例を具体的に求めることができ、本研究の結果の有用性が示された。

量子状態集約による分散符号化した量子情報の解析
本研究課題であった古典通信の制約と量子通信コストの間の一般的関係に関し、量子状態集約においてトレードオフ関係が表れることを示した。量子状態集約に必要な量子通信量は、通信方向が一方向に限られている場合には、部分的量子情報を表していると解釈できる。漸近的な設定では、双方向通信が許されていても通信コストは一方向通信と同じになることが知られていたため、 双方向通信が許されている一般的な状況下においても部分的量子情報によって特徴づけられると考えられてきた。しかし、漸近的な設定では大規模な量子情報処理を行う必要があるため、本研究ではより実際的な設定として、比較的小規模な量子情報処理を扱えるone-shotの設定を考察した。そして、one-shot設定で双方向通信が許されている際には、一方向通信のみの場合と通信コストの異なる場合があることを証明した。この結果は、双方向通信が許されている場合には、分散符号化した量子情報を特徴づける概念として、部分的量子情報と解釈できない新たな量子情報の概念が存在することを示しており、この概念をspread quantum informationと名付けた。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 9件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] インスブルック大(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] 慶熙大(韓国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Massachusetts工科大(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Nottingham大(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Distributed Encoding and Decoding of Quantum Information over Networks2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki and Mio Murao
    • 雑誌名

      Adv. Quantum Technol.

      巻: 2 号: 1-2 ページ: 1800066-1800066

    • DOI

      10.1002/qute.201800066

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum State Merging for Arbitrarily Small-Dimensional Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki and Mio Murao
    • 雑誌名

      IEEE Transactions of Information Theory

      巻: to be published 号: 6 ページ: 3950-3972

    • DOI

      10.1109/tit.2018.2889829

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] State Exchange with Quantum Side Information2019

    • 著者名/発表者名
      Yonghae Lee, Ryuji Takagi, Hayata Yamasaki, Gerardo Adesso, and Soojoon Lee
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 号: 1 ページ: 010502-010502

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.010502

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Entanglement theory in distributed quantum information processing2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 雑誌名

      arXiv:1903.09655

      巻: arXiv:1903.09655

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Spread quantum information in one-shot quantum state merging2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki and Mio Murao
    • 雑誌名

      arXiv:1903.03619

      巻: arXiv:1903.03619

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Multipartite entanglement outperforming bipartite entanglement under limited quantum system sizes2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki, Alexander Pirker, Mio Murao, Wolfgang Dur, and Barbara Kraus
    • 雑誌名

      Phys. Rev. A

      巻: 98 号: 5 ページ: 052313-052313

    • DOI

      10.1103/physreva.98.052313

    • 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 / 国際共著
  • [学会発表] One-way and two-way LOCC separation in n in entanglement cost of one-shot quantum state merging2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      The 14th Conference on the Theory of Quantum Computation, Communication and Cryptography (TQC2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] One-shot quantum state merging for arbitrarily-small-dimensional systems under one-way and two-way communication2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      22nd Annual Conference on Quantum Information Processing (QIP2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] One-way and two-way LOCC separation in entanglement cost of one-shot quantum state merging2019

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      the 2019 Beyond iid in Information Theory
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Partial quantum information and two-way classical communication2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      post-AQIS2018 workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 量子符号化・復号の非局所性の定量化2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      量子情報・物性の新潮流
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Entanglement theory in distributed quantum information processing2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      第26回関東量子情報スチューデントチャプター
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Quantum state merging for arbitrarily-small-dimensional systems2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 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] One-shot exact quantum state merging and splitting2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      1st International Workshop on Quantum Software and Quantum Machine Learning (QSML2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The 13th Conference on the Theory of Quantum Computation, Communication and Cryptography (TQC2018)2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      One-shot exact quantum state merging and splitting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 4th Seefeld workshop on Quantum Information2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      Entanglement cost of distributed quantum encoding/decoding
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] International Conference on challenges in Quantum Information Science (CQIS2018)2018

    • 著者名/発表者名
      Hayata Yamasaki
    • 学会等名
      Entanglement cost of distributing and retrieving quantum information over networks
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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