| 研究課題/領域番号 |
22K17868
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分60040:計算機システム関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
谷本 輝夫 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (60826353)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 誤り耐性量子コンピュータ / 極低温コンピューティング / システム設計空間探索 / 表面符号 / 超伝導量子コンピュータ / 量子コンピュータ・システム・アーキテクチャ / 命令実行 / 量子コンピュータ / 命令デコード |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，量子プロセッサの量子ビットが今後増加することを見据えた量子ビットの制御に必要な古典デジタル処理回路の設計空間探索を行うことを目的とする．プログラマブルな量子コンピュータを実現するためには，プログラム（量子回路）を実行時にデコード，スケジューリングする必要がある．要求される命令発行スループットは量子ビット数に応じて増加する．そのため，今後搭載量子ビット数が増加すると古典処理が量子ゲート操作のスループットを律速しかねない．そこで，量子，古典それぞれの基本アーキテクチャを定義した上で古典処理の性能および電力モデリングに基づき設計空間探索を行う．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，量子プロセッサの量子ビットが今後増加することを見据えた量子ビットの制御に必要な古典デジタル処理回路の設計空間探索を行うことを目的として研究を行った．極低温超伝導量子ビットと表面符号を用いた誤り耐性量子計算機を前提として、単一希釈冷凍機を用いた場合の設計空間探索（XQSim）を行い、誤り耐性量子プログラムと物理ビットの制御の間をつなぐ様々な処理についての具体的な論理回路や、それらを実装する集積回路技術の選択、そしてそれらを配置する温度ステージなどについて探索を行った。また、量子ビットの利用効率を向上させる手法（LSQCA）についても開発した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
量子計算の能力を真に引き出すためには誤り耐性量子計算の実現が必要であると考えられている。しかしながら、これまでに達成されている量子コンピュータの規模は誤り耐性量子計算が必要とする規模には程遠い。この溝を埋めるためには、コンピュータ・システムとして実装可能な量子ビット数の大規模化と、誤り耐性量子計算に必要な量子ビット数の削減という2つの観点で研究を進める必要がある。本課題で取り組んだシステム設計空間探索による実装可能規模解析及びその拡大と、論理量子ビットの活用方法の工夫による利用効率向上はこれらの課題に取り組んでおり、誤り耐性量子コンピュータ実現を加速する学術的・社会的に大きな意義を持つ。
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