多倍長精度密度行列繰込群による量子エラーモデルの再考

• 研究課題/領域番号: 25871052
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 情報学基礎理論; 原子・分子・量子エレクトロニクス
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 齋藤 暁 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70513068)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 量子エラー / 量子計算機 / 密度行列繰込群 / 行列積状態 / 数値シミュレーション / 多倍長精度計算 / 量子計算 / 量子誤り / スピンLiouville空間

研究成果の概要

量子ゲート操作での時間発展を支配するハミルトニアンに機器の較正エラーに相当する誤差が入るモデルを考え、その下で、いくつかの量子アルゴリズムを時間依存行列積状態法（TDMPS）で多倍長精度でシミュレートし、終状態における誤差について予備的な結果を得た。
計算ライブラリの開発は進捗が大きく、バックエンドライブラリのエルミート行列対角化ルーチンが、著名なPARIライブラリのそれよりも高速になった他、Liouville空間上のTDMPSの安定動作が可能になった。
副次的な成果として、量子エラーを積極的に利用する量子DA変換アルゴリズムを開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Quantum digital-to-analog conversion algorithm using decoherence (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 雑誌名: Quantum Information Processing 巻: 14 号: 8 ページ: 2729-2748
  • DOI: 10.1007/s11128-015-1033-x
  • NAID: 110009950264
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast and accurate simulation of quantum computing by multi-precision MPS: recent development (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 雑誌名: in the Proceedings of the Summer Workshop on ``Physics, Mathematics, And All That Quantum Jazz'', S. Tanaka et al. Eds, (World Scientific, Singapore, 2014) 巻: - ページ: 49-67
• [学会発表] DQC1アルゴリズムのMPSシミュレーションコストについて (2016)
  • 著者名/発表者名: 齋藤暁
  • 学会等名: 日本物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学, 仙台
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] MPS simulation of a DQC1 quantum algorithm (2016)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: The 75th Okazaki Conference ``Tensor Network States: Algorithms and Applications 2016''
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター, 岡崎
  • 年月日: 2016-01-11
  • 国際学会
• [学会発表] Error Control of Quantum Walk (2015)
  • 著者名/発表者名: Akihide Miyazaki, Shinri Yamada, Akira SaiToh, Shinji Hamada, and Hideo Sekino
  • 学会等名: Workshop of Quantum Simulation and Quantum Walks 2015
  • 発表場所: 横浜国立大学, 横浜
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Practical difficulty and techniques in matrix-product-state simulation of quantum computing in Hilbert space and Liouville space (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: 21st Conference on Applications of Computer Algebra (ACA 2015)
  • 発表場所: Kalamata, Greece
  • 年月日: 2015-07-20
  • 国際学会
• [学会発表] GPUを用いた量子ウォークのエラー抑制シミュレーション (2015)
  • 著者名/発表者名: 山田真理, 齋藤暁, 濱田信次, 関野秀男
  • 学会等名: 電子情報通信学会2015年総合大会
  • 発表場所: 立命館大学, 滋賀県草津市
  • 年月日: 2015-03-10 – 2015-03-13
• [学会発表] アンサンブル量子DA変換における量子相関 (2015)
  • 著者名/発表者名: 齋藤暁
  • 学会等名: 第4回QUATUO研究会
  • 発表場所: 高知工科大学, 高知県香美市
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [学会発表] Recent progress in a multiprecision MPS simulation library for quantum information science (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: 4th International Workshop on Massively Parallel Programming Now in Quantum Chemistry and Physics - Toward post-K computers
  • 発表場所: 東京大学, 東京都文京区
  • 年月日: 2014-11-23 – 2014-11-24
• [学会発表] Highly accurate numerical evaluation of quantum errors in the circuit model (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: International Iran Conference on Quantum Information 2014
  • 発表場所: Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
  • 年月日: 2014-09-06 – 2014-09-10
• [学会発表] 量子緩和を利用した量子DA変換アルゴリズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤暁
  • 学会等名: コンピュテーション研究会 (信学技報 vol.114, no.199, COMP2014-21, pp.43-49)
  • 発表場所: 豊橋技術科学大学, 愛知県豊橋市
  • 年月日: 2014-09-02
• [学会発表] Proposal of a quantum digital-to-analog converter for bulk-ensemble machines (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: Physics of Quantum Information Processing (Satellite Workshop of AQIS 2014)
  • 発表場所: 大阪大学, 大阪府豊中市
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-26
• [学会発表] 多倍長精度のオペレータ空間時間依存行列積ライブラリの開発状況と展望 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤暁
  • 学会等名: 第3回QUATUO研究会
  • 発表場所: 高知県香美市
• [学会発表] Development of multi-precision time-dependent matrix product state library for simulating quantum computation (2014)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: 7th Beyond Simulation Forum
  • 発表場所: 愛知県豊橋市
• [学会発表] 時間依存密度行列繰込群による量子計算機のシミュレーションの実際 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齋藤暁
  • 学会等名: 基礎物理学研究所研究会 量子情報の新展開-複雑性の極限における普遍的物理の探求-
  • 発表場所: 京都
  • 招待講演
• [学会発表] On the hardness of practical instances for time-dependent MPS simulation of typical quantum algorithms (2013)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari, Japan
• [学会発表] Fast and accurate simulation of quantum computing by multi-precision MPS: recent development (2013)
  • 著者名/発表者名: Akira SaiToh
  • 学会等名: Summer Workshop on ``Physics, Mathematics, And All That Quantum Jazz''
  • 発表場所: Higashi Osaka, Japan
• [学会発表] アニーリング機械の現実的な計算能力について (2013)
  • 著者名/発表者名: 齋藤暁
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島
• [備考] ZKCM Library & ZKCM_QC Library
  • URL: http://zkcm.sf.net/
• [備考] Akira SaiToh's website
  • URL: http://silqcs.org/~saitoh/
• [備考] ZKCM Library & ZKCM_QC Library
  • URL: http://zkcm.sf.net/
• [備考] Akira SaiToh's website
  • URL: http://silqcs.org/~saitoh/