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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00579/
• 关键词: 量子コンピュータ; 量子優越性; 浅層量子回路; 凸多面体の量子情報; 量子回路設計理論; 量子優位性; 量子エラー緩和; Bellの不等式; 量子非局所性; 量子コンピュータ; 量子優越性; 浅層量子回路; 凸多面体の量子情報; 量子回路設計理論; 量子優位性; 量子エラー緩和; Bellの不等式; 量子非局所性

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。

在第二年，IBM的65 QUIT量子计算机可供主要研究人员使用，并且可以使用它来研究量子图状态下的广义钟不等式中断。在65量的级别上，经典模拟变得非常困难，并且以前缓解错误的方法花费了指数时间到量子数的数量成为一个主要问题。我们一直在研究解决这个问题，并提出了一种缓解测量误差错误的新方法，即使在100秒的水平上也可以应用。这解决了我们第一年发现的问题。这将作为明年的论文发表。在浅层电路的计算复杂性理论的分析中，下一步是将量子数的对数深度视为恒定阶段，并开始对此进行努力。当Jozsa的预测用于混合和经典计算时，该问题的周围区域与计算复杂性问题密切相关，他已经表明他将在明年的国际会议上提出论文。共享者Le Gall一直积极研究他在国际会议上展示的量子分散计算框架内，还为国际会议计划发展为研究界的领导者。共享者Yamashita一直在研究领域，并且还开始研究旨在应用于实际机器的电路设计，开发了使用S-Gates来改善T-Gates和Toffli Gates的数量的量子电路设计方法，以及使用S-Gates设计理论。本文将在下一个财政年度发表，包括分析由共享者Avis启动的凸率领域中量子重力理论研究的凸多面体分析。