• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

一般確率論と状態識別性能を用いた大規模量子系の実現可能性の定量的評価

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1572
補助金の研究課題番号 22J14947 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分13010:数理物理および物性基礎関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2023)
名古屋大学 (2022)

研究代表者

荒井 駿  国立研究開発法人理化学研究所, 量子コンピュータ研究センター, 特別研究員

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2023年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2022年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
キーワード状態識別 / 一般確率論 / 大規模量子系
研究開始時の研究の概要

本研究は,量子コンピュータの実装等に代表される大規模量子系の物理的な実現方法の理論的予測を将来的な目標として,特定の量子系の実現可能性の定量的な指標を与える試みである.そのために,仮想モデルの実現不可能性を論じる一般確率論の成果を現実の物理系に応用し,系の大規模化と関係の深い状態識別性能を用いて,与えられた量子系の実現可能性の定量的な指標を与える.加えて,現実実装されている量子系と比較することで,本研究で与えた指標の現実的な性能を評価し,与えた指標と量子計算等のリソースとの間のトレードオフ等,数理的,情報理論的な性質を解析することで,本研究で与えた指標の物理的な意味を明らかにする.

研究実績の概要

本研究は,大規模量子系の実現可能性の指標を与えることを最終的な目標としており,状態識別性能の系を拡大したときの漸近挙動の解析が重要な課題であった.しかし,この課題の解決に必要だった先行研究「一般化されたSteinの補題」の証明にギャップがあることが課題期間中に指摘され,より基本的な「状態識別性能の様々な数理モデルや系の拡大における挙動」を解析することから行う必要があった.
最終年度は,主に以下の4つの研究に従事した.1. 一般確率論における超量子性の検出.2. 状態識別性能による数理モデルの特徴づけ.3. 一般的な数理モデルにおける状態識別性能の漸近挙動.4. 一般化されたSteinの補題の部分的解決と量子系実現可能性の指標への応用.研究1,2,3はすでに論文としてまとめ,査読付き論文誌Physical Review A(研究1,3)およびNew Journal of Physics(研究2)に投稿しており,研究2はすでに受理内定である.また,研究1は国内会議量子技術研究会48および国際会議Asia Quantum Information Science 2023にて,研究2は国内会議量子情報技術研究会49および国際会議Quantum Information Processing 2024にて,それぞれ成果報告している.研究4は本研究の最終的な目標であったが,採択期間中には完全には解決できず,現在も引き続き研究を行っている.
当初計画よりも状態識別性能の解析を重点的に行う必要があったが,その分,様々な数理モデルにおける状態識別性能に関する重要な成果を得ることができ,すでに3本の論文が査読付き論文誌に受理され,国内外での多くの成果報告を行った.研究2については招待講演も行い,分野の研究者に注目される重要な成果を出せた.これらは本研究の将来的目標遂行への足掛かりとなった.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 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 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 8件)

  • [国際共同研究] 南方科学技術大学(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Derivation of Standard Quantum Theory via State Discrimination2024

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai and Masahito Hayashi
    • 雑誌名

      New Journal o Physics

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pseudo standard entanglement structure cannot be distinguished from standard entanglement structure2023

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai and Masahito Hayashi
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 25 号: 2 ページ: 023009-023009

    • DOI

      10.1088/1367-2630/acb565

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Von Neumann's information engine without the spectral theorem2022

    • 著者名/発表者名
      Minagawa Shintaro、Arai Hayato、Buscemi Francesco
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 4 号: 3 ページ: 033091-033091

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.033091

    • 関連する報告書
      2022 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] Derivation of Standard Quantum Theory via State Discrimination2024

    • 著者名/発表者名
      荒井駿
    • 学会等名
      The 27th Quantum Information Processing
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Derivation of Standard Quantum Theory via State Discrimination2023

    • 著者名/発表者名
      荒井駿
    • 学会等名
      第49回量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Detection of Beyond-Quantum Non-locality based on Standard Local Quantum Observables2023

    • 著者名/発表者名
      荒井駿
    • 学会等名
      23rd Asian Quantum Information Science Conference
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of Beyond-Quantum Non-locality based on Standard Local Quantum Observables2023

    • 著者名/発表者名
      荒井駿
    • 学会等名
      第48回量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Pseudo standard entanglement structure cannot be distinguished from standard entanglement structure2023

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai
    • 学会等名
      Quantum Information Processing Conference 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Detection of Beyond-Quantum Non-locality based on Standard Local Quantum Observables2023

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai
    • 学会等名
      日本物理学会春季大会2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Pseudo standard entanglement structure cannot be distinguished from standard entanglement structure2022

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai
    • 学会等名
      Beyond I.I.D 10
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pseudo standard entanglement structure cannot be distinguished from standard entanglement structure2022

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai
    • 学会等名
      Quantum extreme universe from quantum information
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pseudo standard entanglement structure cannot be distinguished from standard entanglement structure2022

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai
    • 学会等名
      SUSTech-Nagoya workshop on Quantum Science 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Von Neumann’s information engines without the spectral theorem2022

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Minagawa
    • 学会等名
      Quantum extreme universe from quantum information
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Von Neumann’s information engines without the spectral theorem.2022

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Minagawa
    • 学会等名
      Quantum Information and Probability: from Foundations to Engineering
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi