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2021 年度 実施状況報告書

間接量子制御の数学的枠組構築とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 20K03779
研究機関日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所

研究代表者

加藤 豪  日本電信電話株式会社NTTコミュニケーション科学基礎研究所, メディア情報研究部, 主任研究員 (20396188)

研究分担者 丸山 耕司  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 客員教授 (00425646)
尾張 正樹  静岡大学, 情報学部, 准教授 (80723444)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード量子システム / 間接制御 / 数理物理 / 量子情報
研究実績の概要

令和3年度は、「量子系全体が非常に多くの部分量子系に分割され、その個々の部分量子系は自由に操作できるという状況」という考え方で得られていたバイプロダクトの一般化に成功した。その結果として、任意のネットワークトポロジーにおいて、古典的な情報処理であるセキュアネットワーク符号に対して、捻じれた対応関係にあるセキュア量子ネットワーク符号が必ず存在する事を発見し論文化した。
さらには、この考え方に関連して、量子情報処理における古典的な処理部分や、古典的な情報処理そのものへの応用をおこなった。前者においては、量子暗号と呼ばれる、完成された理論への貢献につながった。量子暗号では、複雑な古典的事後処理をおこなうが、この処理を適切に再設計することで、実際におこなった量子操作をより高い精度で推定することが可能になり、鍵の生成レートが向上させた。また、後者おいては、秘密鍵のペアがネットワーク状に配布されるという、量子暗号の実施によって初めて生じる状況の理解への貢献につながった。具体的には、秘密鍵のペアがネットワーク状に配布された状況から実現できる秘密通信と、秘密ネットワーク符号と呼ばれる従来から研究されていた問題設定によって実現できる秘密通信との間には、非常に高い類似性がありながら、秘密鍵からなるネットワークから実現できる秘密通信のほうが真に能力が高いことを発見した。
形になった成果は、主に関連研究としてテーマを膨らませていった中から得られているが、本来の目的に沿った研究も論文化などの形になるまでには至っていないが、順調にすすんでいる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究課題として当初掲げた目標は順調に進めた一方、関連した研究が大きく伸長したため。

今後の研究の推進方策

理論の一般化として、単純に考えていた物理系の複雑性をあげた場合を想定し、操作の実現可能性という観点で知見ためてきた。今後は、操作にかかる時間という新しい観点で、数学的構造との関連を具体的に探っていく予定である。

次年度使用額が生じた理由

初年度のコロナによる研究の立ち上がりの挽回に至らなかった。
ただ、本年度の当初予定額以上の支出実績あり。コロナの影響は社会に残るものの、可能な挽回策を模索する。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 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 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Single-Shot Secure Quantum Network Coding for General Multiple Unicast Network With Free One-Way Public Communication2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Go、Owari Masaki、Hayashi Masahito
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Information Theory

      巻: 67 ページ: 4564~4587

    • DOI

      10.1109/TIT.2021.3078812

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Security of round-robin differential-phase-shift quantum-key-distribution protocol with correlated light sources2021

    • 著者名/発表者名
      Mizutani Akihiro、Kato Go
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 104 ページ: 062611

    • DOI

      10.1103/PhysRevA.104.062611

    • 査読あり
  • [学会発表] Current Status of Quantum Information Processing Research and Challenges for Realization2022

    • 著者名/発表者名
      Go Kato
    • 学会等名
      The 8th International Symposium toward the Future of Advanced Researches in Shizuoka University
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 鍵リレーの秘密ネットワーク符号に対する優位性2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 豪
    • 学会等名
      第45回量子情報技術研究会
  • [学会発表] 機械学習を用いたunitary t-designの識別2021

    • 著者名/発表者名
      藤井真博
    • 学会等名
      第44回量子情報技術研究会
  • [学会発表] OTOCを用いた量子回路の機械学習2021

    • 著者名/発表者名
      沓澤伶昌
    • 学会等名
      第44回量子情報技術研究会
  • [学会発表] 有限温度の環境系に接する量子系のコヒーレント制御の下での変換性について2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤優
    • 学会等名
      情報学シンポジウム
  • [学会発表] 量子コンピュータを用いた情報処理のための理論研究2021

    • 著者名/発表者名
      尾張正樹
    • 学会等名
      第23回高柳健次郎記念シンポジウム

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公開日: 2022-12-28  

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