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連続量変分量子アルゴリズム向けプラットフォーム確立とツールボックス開拓

研究課題

研究課題/領域番号 23K17300
研究種目

挑戦的研究(開拓)

配分区分基金
審査区分 中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

武田 俊太郎  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80737304)

研究期間 (年度) 2023-06-30 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2025年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2024年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2023年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
キーワード量子情報 / 量子アルゴリズム / 量子光学 / 連続量量子情報処理 / 光量子情報処理
研究開始時の研究の概要

本研究では、近未来の小規模な量子コンピュータの実社会応用へ向けた新たな突破口を開くべく、「連続量変分量子アルゴリズム」を開拓する。この領域は、連続量のアナログ性を活かして破壊的な計算能力を発揮する可能性を秘めた、開拓に値する領域である。そこで、近年研究代表者が開発した連続量変分量子アルゴリズムを実行できる世界唯一の光量子コンピュータを進化させて活用し、連続量変分量子アルゴリズムの計算性能を最大化するツールボックスをゼロから体系化・実機検証することを目標とする。

研究実績の概要

本研究の目的は、近未来の小規模な量子コンピュータの実社会応用へ向けた新たな突破口を開くべく、「連続量変分量子アルゴリズム」を開拓することである。この領域は、連続量のアナログ性を活かすことで量子ビットでは達成できない計算能力を発揮する可能性を秘めた、開拓に値する領域である。このため、近年開発した連続量変分量子アルゴリズムを実行できる日本発・世界唯一の光量子コンピューティング・プラットフォームを進化させて活用し、連続量変分量子アルゴリズムの新たな可能性を探索するとともに、その計算性能を最大化するツールボックスを開発および実機検証する。

2023年度は、連続量の手法を量子機械学習へと応用する手法について研究を進めた。量子機械学習は、量子ビットを用いた理論・実験的研究は盛んであるが、連続量を用いたものはわずかな理論研究の報告例がある程度で、実験的研究は皆無である。今回は特に、連続量の光量子コンピュータと古典コンピュータのハイブリッドにより機械学習を行う手法に着目した。はじめに数値シミュレーションを行って、実験系の設計および実験システムの要求仕様を検討し、その成果を9月の日本物理学会にて報告した。その上で、すでに開発済みの1モード入出力の連続量光量子コンピューティングシステムにバージョンアップを加え、この機械学習アルゴリズムを実装できるように準備した。実際に量子機械学習を限られた条件で実装したところ、理論予測に近い結果が得られ、その成果を3月の日本物理学会にて報告した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

既に、光連続量量子コンピューティングシステムを部分的にバージョンアップすることに成功し、量子アルゴリズムの1つの実装に部分的に成功しているため。

今後の研究の推進方策

今後は、様々な問題設定で量子機械学習を実装・検証し、シミュレーション結果と比較した上で、それらの結果を論文として発表する。また、さらなる応用の可能性について理論的な考察を進める。

報告書

(2件)
  • 2023 審査結果の所見   実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023

すべて 学会発表 (17件) (うち国際学会 7件、 招待講演 15件)

  • [学会発表] 光回路を用いた連続量量子機械学習の実証2024

    • 著者名/発表者名
      池原至恩, 穴井啓太郎, 矢野祥睦, 奥野大地, 武田俊太郎
    • 学会等名
      日本物理学会 2024年春季大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2024

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      2024 Joint ENS-UTokyo Workshop on Physics
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータが拓く未来2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会50周年記念特別講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ループ型光量子コンピュータとその応用2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第44回年次大会シンポジウム「フォトニクスが切り拓く光量子技術」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子コンピュータの基礎から最前線まで2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      JAIMA日本分析機器工業会中堅若手人財育成ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子コンピュータの基礎から最前線まで2024

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      第18回日本CAOS学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光回路を用いた連続量量子機械学習の実装に向けたシミュレーション2023

    • 著者名/発表者名
      池原至恩, 穴井啓太郎, 武田俊太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第78回年次大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Towards practical photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      Kick-off Workshop for Chicago-Tokyo Quantum Partnership
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      Conference on Quantum Information
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      Photonics and Electromagnetics Research Symposium (PIERS) 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      SPIE Quantum Communications and Quantum Imaging XXI Conference
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-multiplexed programmable continuous-variable photonic quantum computing2023

    • 著者名/発表者名
      Shuntaro Takeda
    • 学会等名
      The 18th ASLLA symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      第158回結晶工学分科会研究会「量子技術と結晶工学」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      令和5年度「第1回 量子技術研究会」
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      JEITAシーンオリエンテッド先端実装技術分科会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ループ型光量子コンピュータとその応用2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      光産業技術振興協会フォトニックデバイス・応用技術研究会第32回ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光量子コンピュータの現状と展望2023

    • 著者名/発表者名
      武田俊太郎
    • 学会等名
      真空フォーラム・シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演

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公開日: 2023-07-04   更新日: 2024-12-25  

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