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測定型量子回路の設計理論の構築

研究課題

研究課題/領域番号 18K19790
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分60:情報科学、情報工学およびその関連分野
研究機関立命館大学

研究代表者

山下 茂  立命館大学, 情報理工学部, 教授 (30362833)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード量子回路設計 / 測定型量子回路 / braiding / lattice Surgery / T`ゲート / Relative Phase量子ゲート / 最適化 / RTOFゲート / Tゲート / lattice srurgery / 自由度 / トポロジカル量子回路 / bridge / トーラス / 設計理論
研究成果の概要

量子計算の有望な実現形態と考えられているモデルの一つが測定型量子回路である。本研究では、測定型量子回路の設計手法に関して主に以下のような成果を得た。(1)braidingと呼ばれる操作の列で表現される測定型量子回路をトーラスの集合で表現することにより計算機で自動的に回路サイズを減らす手法を考案した。(2)lattice surgeryと呼ばれるモデルで表現された測定型量子回路を合成する際に、従来手法に比べて最終的な回路サイズを削減できるような論理量子ビットの配置の仕方を考案した。(3)測定型量子回路ではコストがかなり高いTゲートを削減する種々の手法を考案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子計算はまだ完全には実現されていない。しかし、もし量子計算機が実現すれば、ある種の有用な問題で現在の計算機では時間がかかりすぎて到底計算できないような問題を、現実的な時間で計算できるようになると期待されている。しかし、量子計算は物理的なエラーに弱く、それを克服する有用な実現方法が、測定型量子回路と呼ばれるものである。測定型量子回路は通常の量子回路とモデルが違うため、その設計手法を確立することは将来の量子計算の実現のために大変重要であると考えられる。本研究の成果は、測定型量子回路の設計手法に関して今まで知られていなかった新しい設計手法として今後利用できることが期待できる。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 15件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] 量子回路設計における最適化問題2021

    • 著者名/発表者名
      YAMASHITA Shigeru
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review

      巻: 14 号: 4 ページ: 337-346

    • DOI

      10.1587/essfr.14.4_337

    • NAID

      130008020108

    • ISSN
      1882-0875
    • 年月日
      2021-04-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamical Decomposition and Mapping of MPMCT Gates to Nearest Neighbor Architectures2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuo, Wakaki Hattori, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      IEEE 26th Asia and South Pacific Design Automation Conference

      巻: ASP-DAC2021 ページ: 786-791

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Problem-specific Parameterized Quantum Circuits of the VQE Algorithm for Optimization Problems2020

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuo, Yudai Suzuki, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      The 20th Asian Quantum Information Science Conference

      巻: AQIS2020 ページ: 161-161

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Circuit Design by Steiner-Gauss with Considering the Order of Qubits2020

    • 著者名/発表者名
      HAN Zhengtong, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      The 20th Asian Quantum Information Science Conference

      巻: AQIS2020 ページ: 188-188

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Efficient Generation of Arbitrary Superposition of Basis States2020

    • 著者名/発表者名
      Risa Segawa, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      The 20th Asian Quantum Information Science Conference

      巻: AQIS2020 ページ: 211-211

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mapping a Quantum Circuit to 2D Nearest Neighbor Architecture by Changing the Gate Order2019

    • 著者名/発表者名
      Wakaki Hattori, Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E102.D 号: 11 ページ: 2127-2134

    • DOI

      10.1587/transinf.2018EDP7439

    • NAID

      130007740443

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 年月日
      2019-11-01
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 大規模TQEC回路の自動最適化手法2019

    • 著者名/発表者名
      浅井孝太, 星孝太郎, 山下茂
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌D 情報・システム

      巻: J102-D 号: 5 ページ: 367-377

    • DOI

      10.14923/transinfj.2018JDP7040

    • ISSN
      1880-4535, 1881-0225
    • 年月日
      2019-05-01
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Compaction of Topological Quantum Circuits by Modularization2019

    • 著者名/発表者名
      Kota Asahi and Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences

      巻: E102.A 号: 4 ページ: 624-632

    • DOI

      10.1587/transfun.E102.A.624

    • NAID

      130007621576

    • ISSN
      0916-8508, 1745-1337
    • 年月日
      2019-04-01
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exact Synthesis of Nearest Neighbor Compliant Quantum Circuits in 2D architecture and its Application to Large-scale Circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Jingwen Ding and Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems

      巻: 1 号: 5 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1109/tcad.2019.2907919

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Circuit Optimization by Changing the Gate Order for 2D Nearest Neighbor Architectures2018

    • 著者名/発表者名
      Wakaki Hattori and Shigeru Yamashita
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 11106 ページ: 228-243

    • DOI

      10.1007/978-3-319-99498-7_16

    • ISBN
      9783319994970, 9783319994987
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 量子回路設計と最適化2018

    • 著者名/発表者名
      山下茂,松尾惇士
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ

      巻: Vol.63, No.6 ページ: 342-349

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Exact Minimization of a Relative-Phase Toffoli Gate2022

    • 著者名/発表者名
      Naoya Asada
    • 学会等名
      25th Annual Conference on Quantum Information Processing
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimization of Quantum Boolean Circuits by Relative-Phase Toffoli Gates2022

    • 著者名/発表者名
      Shouhei Kuroda
    • 学会等名
      Reversible Computation 2022
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamical Decomposition and Mapping of MPMCT Gates to Nearest Neighbor Architectures2021

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuo
    • 学会等名
      26th IEEE Asia and South Pacific Design Automation Conference (ASP-DAC2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 位相がずれたToffoliゲートの厳密最小化手法2021

    • 著者名/発表者名
      浅田尚也
    • 学会等名
      第45回量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A Cost Reduction Method for Quantum Boolean Circuits by Applying The Transduction Method2021

    • 著者名/発表者名
      Shohei Kuroda
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum State Preparation By Gaussian Elimination2021

    • 著者名/発表者名
      Duo Xu
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] T-depth Reduction Considering Multiple MCT Gates with Ancilla Bits2021

    • 著者名/発表者名
      Terumi Oguri
    • 学会等名
      Asian Quantum Information Science Conference 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子回路の設計手法に関する研究動向2020

    • 著者名/発表者名
      山下 茂
    • 学会等名
      情報処理学会連続セミナー2020 量子コンピュータとソフトウェア2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子回路設計2020

    • 著者名/発表者名
      山下 茂
    • 学会等名
      情報処理学会 量子ソフトウェア研究会月例バーチャルセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子ソフトウエア研究会の紹介とSLDM研究会との連携の期待2020

    • 著者名/発表者名
      山下 茂
    • 学会等名
      情報処理学会 DAシンポジウム 2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子ビットの処理順序を考慮したシュタイナーガウス消去法による量子回路の設計2020

    • 著者名/発表者名
      HAN ZHENGTONG
    • 学会等名
      デザインガイア2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Problem-specific Parameterized Quantum Circuits of the VQE Algorithm for Optimization Problems2020

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Matsuo
    • 学会等名
      情報処理学会第1回量子ソフトウェア研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子回路設計2019

    • 著者名/発表者名
      山下茂
    • 学会等名
      第18回情報科学技術フォーラム(FIT)イベント企画:量子コンピュータ技術基盤の創出に向けて
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子回路設計における最適化問題2019

    • 著者名/発表者名
      山下茂
    • 学会等名
      電子情報通信学会 VLD研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] An Efficient Method for Quantum Circuit Placement Problem on a 2-D Grid2019

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Yamashita
    • 学会等名
      Reversible Computation 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A handy condition of bridge compression for topological quantum circuits2019

    • 著者名/発表者名
      Yohei Wakabayashi
    • 学会等名
      19th Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Minimizing Quantum Circuits for Simultaneous Two-Qubit Measurement by Single-Qubit Measurements2019

    • 著者名/発表者名
      Risa Segawa
    • 学会等名
      19th Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Efficient Mapping of the ZX calculus2019

    • 著者名/発表者名
      Kota Asai
    • 学会等名
      19th Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The decomposition of an MPMCT gate in consideration of NNA2019

    • 著者名/発表者名
      Wakaki Hattori
    • 学会等名
      19th Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exact and Approximate Exact Synthesis of Nearest Neighbor Compliant Quantum Circuits in 2-D Architectures2018

    • 著者名/発表者名
      Jingwen Ding
    • 学会等名
      AQIS 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Compaction of Topological Quantum Circuits by Modularization2018

    • 著者名/発表者名
      Kota Asai and Shigeru Yamashita
    • 学会等名
      AQIS 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mapping to 2D Nearest Neighbor Architecture by a SAT Solver and A* Algorithm2018

    • 著者名/発表者名
      Wakaki Hattori and Shigeru Yamashita
    • 学会等名
      AQIS 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-07-25   更新日: 2023-01-30  

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