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2018 年度 実績報告書

量子通信及び量子計算を限定した量子対話型証明の解析

研究課題

研究課題/領域番号 16K00015
研究機関名古屋大学

研究代表者

西村 治道  名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (70433323)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード量子計算 / 対話型証明 / 量子計算の検証
研究実績の概要

長年の未解決問題である量子計算の古典計算機による効率的検証について,量子多項式時間で解ける問題のうち,どのような問題が実際に検証可能かを対話型証明プロトコルを構成する,という方向性で研究を進めた.まず量子計算が得意とする代数的問題の中から群の位数を求める問題に注目した.この問題は群が可解群の場合に量子多項式時間アルゴリズムが存在することが知られており,多くの群論的問題に関係する重要な問題である.本研究では可解群の位数を求める問題に対して,量子多項式時間の能力を持つ証明者と古典の多項式時間の能力を持つ検証者からなる対話型証明プロトコルを構築することができた.
また,2つの量子回路の測定結果の確率分布が近いか否かに関する識別問題についても同様の対話型証明プロトコルが構築できないかを検討した.その結果,一般の量子回路についてその識別問題はBQP完全であることを確認した.BQP完全問題に対して,そのような対話型証明プロトコルを与えることは長年の未解決問題を解くことを意味するが,現状それを示すことは容易でないため,量子回路を第2フーリエ階層と呼ばれるクラスに制限して検討した.このクラスは近年注目を集める量子超越性の研究で代表的な弱い量子計算モデルであるIQPモデルを含み,また多くの量子アルゴリズムがこのクラスの量子回路で書ける.本研究ではこのような形で制限されたある種の量子回路については識別問題が上記で述べた対話型証明プロトコルを持つことを示した.
以上から,群の位数を求める問題やある種の量子回路の識別問題については古典の計算機で実効的に検証可能であることを示し,量子計算の古典計算機による効率的検証について部分的な進展を与えることができた.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National University of Singapole(シンガポール)

    • 国名
      シンガポール
    • 外国機関名
      National University of Singapole
  • [雑誌論文] Impossibility of Classically Simulating One-Clean-Qubit Model with Multiplicative Error2018

    • 著者名/発表者名
      Fujii Keisuke、Kobayashi Hirotada、Morimae Tomoyuki、Nishimura Harumichi、Tamate Shuhei、Tani Seiichiro
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 ページ: 200502-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.120.200502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Merlin-Arthur with efficient quantum Merlin and quantum supremacy for the second level of the Fourier hierarchy2018

    • 著者名/発表者名
      Morimae Tomoyuki、Takeuchi Yuki、Nishimura Harumichi
    • 雑誌名

      Quantum

      巻: 2 ページ: 106-1~30

    • DOI

      10.22331/q-2018-11-15-106

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Quantum Advantage for the LOCAL Model in Distributed Computing2019

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Harumichi Nishimura, Ansis Rosmanis
    • 学会等名
      36th International Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science (STACS2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子計算量クラスについて2018

    • 著者名/発表者名
      西村治道
    • 学会等名
      ImPACT未来開拓研究会2018
    • 招待講演
  • [学会発表] Interactive Proofs with Polynomial-Time Quantum Prover for Computing the Order of Solvable Groups2018

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Yuki Takeuchi
    • 学会等名
      43rd International Symposium on Mathematical Foundations of Computer Science (MFCS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Rational proofs for quantum computing2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura
    • 学会等名
      18th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Interactive proofs with polynomial-time quantum prover for computing the order of solvable groups2018

    • 著者名/発表者名
      Francois Le Gall, Tomoyuki Morimae, Harumichi Nishimura, Yuki Takeuchi
    • 学会等名
      18th Asian Quantum Information Science Conference (AQIS2018)
    • 国際学会
  • [備考] 研究者のホームページ

    • URL

      http://www.math.cm.is.nagoya-u.ac.jp/~hnishimura

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公開日: 2021-01-27  

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