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量子スプレマシーの理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 19F19079
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分60010:情報学基礎論関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

ルガル フランソワ  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 准教授 (50584299)

研究分担者 ROSMANIS ANSIS  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-07-24 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードQuantum computing / Complexity theory / Algorithms
研究開始時の研究の概要

様々な側面から効率の良い量子アルゴリズムの構築に取り組み、量子コンピュータの新しい応用分野の開拓を目指す。理論的にも応用的にも重要な計算問題において、量子計算の古典計算に対する優位性(量子スプレマシー)を確立することを最終目標とする。

第1世代の大規模量子コンピュータは分散型システムとして実現される見込みがあるため、本研究課題では特に量子分散計算に着目する予定である。量子分散アルゴリズムの計算時間の新しい解析手法を開発することによって、分散計算の枠組みにおいての量子スプレマシーの確立を目指す。

研究実績の概要

This academic year we worked on various problems related to quantum algorithms and post-quantum cryptography.
We investigated the problem of graph coloring by distributed quantum algorithms. In particular, for the problem of 3-coloring a circle, prior to our work, no nontrivial limitations on the power of quantum algorithms were known. We managed to show that there is a certain correlation among the colors of non-adjacent vertices that holds for every 3-coloring. As a result, we proved that one round of one way quantum communication is not sufficient to solve the problem.
In cryptography, random permutations, random functions, and various computational problems on them play important roles. However, unlike for random functions, for random permutations we currently do not know many techniques to prove quantum hardness results. We studied the problem of inverting a permutation, and showed how the recently-introduced compressed oracle framework can be used to prove optimal query lower bounds for the problem.
We also studied the computational power of shallow-depth quantum circuits for parity that permit controlled single-qubit gates of unbounded number of control bits. While these unbounded gates might make the model much more powerful, we obtained some preliminary results suggesting that that is not the case. In particular, we classified topologies of all depth-2 circuits in few classes, and for most of them we already showed that they cannot compute the parity of more than 4 input bits, which is already achievable by one and two qubit gates.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件)

  • [国際共同研究] University of Latvia(ラトビア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum Coupon Collector2020

    • 著者名/発表者名
      Srinivasan Arunachalam, Aleksandrs Belovs, Andrew M. Childs, Robin Kothari, Ansis Rosmanis and Ronald de Wolf
    • 雑誌名

      Leibniz International Proceedings in Informatics (Proceedings of the 15th Conference on the Theory of Quantum Computation, Communication and Cryptography)

      巻: 158

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Tight Lower Bound For Non-Coherent Index Erasure2020

    • 著者名/発表者名
      Nathan Lindzey and Ansis Rosmanis
    • 雑誌名

      Leibniz International Proceedings in Informatics (ITCS 2020)

      巻: 151

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantum and Classical Algorithms for Approximate Submodular Function Minimization2019

    • 著者名/発表者名
      Yassine Hamoudi, Patrick Rebentrost, Ansis Rosmanis and Miklos Santha
    • 雑誌名

      Quantum Information & Computation

      巻: 19 ページ: 1325-1349

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著

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公開日: 2019-07-30   更新日: 2024-03-26  

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