2024 Fiscal Year Research-status Report
VLSI Design of Scalable Decoder for Fault-tolerant Quantum Computer
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24K20755
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| Research Institution | Kochi University of Technology |
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Principal Investigator |
廖 望 高知工科大学, システム工学群, 講師 (70846683)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2029-03-31
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| Keywords | 量子誤り訂正 / 量子回路 / 最適化 / 最尤デコーダ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子コンピュータの最小ユニットである量子ビットはノイズの影響で誤り率が高まっています。実用的誤り耐性量子コンピュータを実現するために、本研究では、複数の量子ビットを同時に誤り訂正（デコーディング）できる高速な誤り訂正装置（デコーダ）に取り組んでいます。研究目的を達成するために、今年度は研究計画に沿って下記の二点の進捗を得ました。
量子計算実行時の誤り訂正負荷の見積りと軽減手法。誤り訂正装置に必要な性能を見積もるには、同時に誤り訂正する論理量子ビットの数が極めて重要です。現在最も有望視されている表面符号にエンコードされた論理量子ビットは格子手術という手法を使って間接的に計算を行います。そのため、論理量子ビットの使用数もこの手法に基づき見積もる必要があります。しかし、格子手術はルールが複雑で、自由度も高いため、全体的にリソース効率の良い（ビット数が少ない、および計算時間が短い）計算方法を探索する手法はまだ確立されていません。本研究では、論理量子ビットの格子手術の操作と局所的なトポロジー関係に基づき、全局的にリソースの最小値を推定する手法を提案しています。また、検証用のテストベンチとして、基本的な論理量子ビットの演算および、実用的量子アルゴリズムの実装(Shorの素因数分解等)にも取り組んでいます。
最尤デコーダの調査とソフトウェア実装。テンソルネットワークを含むいくつか既存の最尤デコーダについて、ソフトウェア実装に取り組んでいます。また、量子LDPC符号を含めて新しい符号や大規模化しやすい符号の提案が活発であり、それらの技術動向について調査しました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的である複数量子ビットを訂正可能なデコーダの実装に向けて、量子アルゴリズムに必要な量子ビット数の見積もりおよび最尤デコーダの実装を計画通りに進めており、おおむね順調に進展しています。
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| Strategy for Future Research Activity |
量子アルゴリズムに必要な量子ビットの数を最適化する方法は予想外の発見ですが、デコーダの負荷軽減に大きく寄与するため、引き続き推進していきます。
また、この最適化手法をトポロジー情報を持たない符号への拡張する可能性も模索していきます。
最尤デコーダに関しては計画通りに実装を進めていきます。
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| Causes of Carryover |
専用の大型FPGAはまだ調達できていないため、残額が発生しました。
同じ用途に充当する予定です。
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