量子アルゴリズム・計算量・浅層回路と量子コンピュータ実機実験による量子優位性研究

使用量子算法、计算复杂性、浅层电路和量子计算机实验进行量子优越性研究

基本信息

批准号：
20H00579
负责人：
今井浩
金额：
$ 28.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2年度目の研究では、IBMの65量子ビットの量子コンピュータが研究代表者のところで利用できるようになり、それを用いて量子グラフ状態の一般化Bell不等式の破れの研究を進めることができた。65量子ビットのレベルでは、古典シミュレーションもかなり難しくなるとともに、それまでのエラー緩和手法が量子ビット数の指数時間かかっていた点が大きな問題として顕在化する。それを解決するための研究を進め、新たに100量子ビットレベルでも適用できる測定エラーに対するエラー緩和法を提案した。これは初年度に見出した課題を解決したものである。これを次年度に続けて、論文として公開するに至っている。浅層回路に関する計算量理論からの解析では、定数段から次のステップとして、量子ビット数の対数深さのものを考え、それについて取り組みを始めた。この問題の周辺には、Jozsaの予想という浅層回路を古典計算とハイブリッドで用いた場合の計算量に関する問題と密に関係しており、その回目に向けて明確な一歩を次年度に国際会議で論文を成果発表すること示した。分担者のLe Gallは、量子分散計算に関して自ら構築した枠組みの中で活発な研究を進め、国際会議で発表するとともに、研究コミュニティのリーダとして国際会議のプログラム策定などで貢献もしている。分担者の山下が中心となって研究を進め、実機への応用を目指した回路設計の研究も始めており、Sゲートを用いてTゲート・Toffliゲートの数を改善する量子回路設計法や、SATを用いた設計論を展開した。分担者のAvisがスタートさせた量子重力理論の共形場でのエントロピー錐の研究を凸多面体解析を自ら開発した並列プログラムで解析するなどして、次年度に論文発表することにつながっている。

在研究的第二年，首席研究员可以使用一台 IBM 65 量子位量子计算机，他能够使用它来研究量子图态中广义贝尔不等式的违反情况。在 65 个量子位的水平上，经典模拟变得相当困难，并且先前的错误缓解方法所花费的时间与量子位数量呈指数关系这一事实成为一个主要问题。我们进行了研究来解决这个问题，并提出了一种新的测量误差缓解方法，甚至可以在 100 量子位级别应用。这是第一年发现的问题的解决方案。这一工作在次年继续进行，并以论文形式发表。在基于计算复杂性理论的浅层电路分析中，我们考虑了从恒定阶段到与量子比特数成对数的深度的下一步，并开始研究。这个问题与 Jozsa 的猜想密切相关，该猜想涉及当浅层电路与经典计算混合使用时的计算量。我表示我将在一篇论文中展示我的结果。该项目的合著者 Le Gall 正在他构建的框架内积极研究量子分布式计算，在国际会议上发表演讲，并作为研究界的领导者为国际会议项目的开发做出贡献。同事山下先生领导了这项研究，并开始研究电路设计，旨在将其应用于实际器件，包括使用S门来提高T门和Toffli门数量的量子电路设计方法，和 SAT，我们开发了一种设计理论。由同事 Avis 发起的量子引力理论中共形场熵锥的研究将使用他自己开发的用于凸多面体分析的并行程序进行分析，这将导致明年发表论文。

项目成果

期刊论文数量（69）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Quantum Approximate Counting for Markov Chains and Application to Collision Counting

马尔可夫链的量子近似计数及其在碰撞计数中的应用

DOI：
10.26421/qic22.15-16-1
发表时间：
2022
期刊：
Quantum Information and Computation
影响因子：
1
作者：
Francois Le Gall;Iu-iong Ng
通讯作者：
Iu-iong Ng

Distributed Quantum Interactive Proofs

DOI：
10.4230/lipics.stacs.2023.42
发表时间：
2022-10
期刊：
ArXiv
影响因子：
0
作者：
Franccois Le Gall;Masayuki Miyamoto;H. Nishimura
通讯作者：
Franccois Le Gall;Masayuki Miyamoto;H. Nishimura

Determining Initial Qubit Layouts for Steiner-Gauss Elimination

确定斯坦纳-高斯消除的初始量子位布局

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Sasaki;T Sakai;T. Kanamori;Yu Huan
通讯作者：
Yu Huan

量子ビットの処理順序を考慮したシュタイナーガウス消去法による量子回路の設計

考虑量子位处理顺序的采用斯坦纳-高斯消去法的量子电路设计

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
田中一輝，上見アレックス，升井義博;Kota Asahi and Shigeru Yamashita;荒川祐貴，升井義博;上見アレックス，荒川裕貴，時永征弥，升井義博;Jingwen Ding and Shigeru Yamashita;西宮司，荒川祐貴，時永征弥，升井義博;田中一輝，升井義博;Wakaki Hattori and Shigeru Yamashita;冨永伸，上見アレックス，升井義博;山下茂，松尾惇士;荒川祐貴，升井義博;Naoya Asada;時永征弥，日野翔太，升井義博;Shouhei Kuroda;Atsushi Matsuo;浅田尚也;Shohei Kuroda;Duo Xu;Terumi Oguri;山下茂;山下茂;山下茂;HAN ZHENGTONG
通讯作者：
HAN ZHENGTONG

Bounds on oblivious multiparty quantum communication complexity

多方量子通信复杂性的界限

DOI：
10.1007/978-3-031-20624-5_39
发表时间：
2022
期刊：
Proceedings of the 15th Latin American Theoretical Informatics Symposium (LATIN 2022)
影响因子：
0
作者：
Francois Le Gall;Daiki Suruga
通讯作者：
Daiki Suruga