量子古典ハイブリッドアルゴリズムの実問題適用にむけた変分量子回路の表現能力の解析

分析变分量子电路的表达能力，以将量子经典混合算法应用于实际问题

• 批准号: 20J13955
• 负责人: 中西 健
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13955/
• 关键词: 量子コンピュータ; 量子ゲート分解; 最適化

近年は量子コンピュータ実機を用いた計算を誰もが行えるようになった。量子コンピュータ実機上での計算は、用意した量子ビットにいくつかの量子ゲートを作用させることによって計算する。このとき、予め用意されていない量子ゲートを作用させたいときは、予め用意された1量子ビットゲートや2量子ビットゲートの組み合わせで表せるようにその量子ゲートを「分解」する必要がある。量子コンピュータ実機を用いる場合、一般に2量子ビットゲートを直接かけられる量子ビットのペアは量子ビットのコネクティビティによって制限されている。また、近年様々な物理構成で量子コンピュータが作られており、各物理構成によって、作りやすい2量子ビットゲートは異なり得る。さらに、一般に2量子ビットゲートは1量子ビットゲートに比べてノイズが大きいため、量子ゲートの分解においては、2量子ビットゲートの数がなるべく少なくなるようにしたい。これらを考慮して毎回量子ゲートの最適な分解を手計算で見つけるのは困難である。本研究は、各量子コンピュータの構成にとって、それぞれに最適な多量子ビットゲートの分解方法を探索することを目的とする。本研究では、2量子ビットゲートを適当に配置して1量子ビット回転ゲートを適切に挿入した変分量子回路を与えたときに、その変分パラメータを調整して目的のユニタリ回路を作る最適化アルゴリズムを考案した。そして、その最適化アルゴリズムをGPU上で実行可能なコードで実装した。さらに、この最適化アルゴリズムを用いて、実際に4量子ビットゲートの一種であるCCCZゲートを例に取り、分解方法を探索した。これによって、複数の条件に対して、それぞれ最適と思われるCCCZゲートの分解方法を発見した。

近年来，每个人都可以使用量子计算机实际机器来计算。量子计算机实际机器上的计算是通过对准备好的量子位作用的几个量子门来计算的。目前，如果要在前所未有的量子门上作用，则必须“拆卸”量子门，以便可以用准备好的1个量子位门或两个Quantum bit Gate表示。当使用量子计算机实际机器时，通常将其应用于两个Quantum Bit Gate的量子对受量子位连接的限制。近年来，量子计算机是在各种物理组合物中创建的，并且易于制造的两个量子比特门可能会根据每个物理组成而有所不同。此外，通常，2-量子比特的噪声大于1-量子咬合，因此在量子门的分解中，我们希望尽可能减少两个量子比特门的数量。考虑到这些，很难每次手动找到量子门的最佳分解。这项研究旨在探索如何为每种量子计算机配置分解最合适的多量子比特。在这项研究中，当正确放置2个量子位门并给出一个量子位旋转门时，给出了可变的量子电路，并调整了转换参数以创建所需的单位电路。然后，使用可以在GPU上执行的线实现了优化算法。此外，使用这种优化的算法，CCCZ门实际上是4个量子位门的类型，被视为示例并探索如何分解。结果，我们发现了一种分解CCCZ门的方法，该方法似乎对于多种条件是最佳的。

项目成果

Sequential minimal optimization for quantum-classical hybrid algorithms

• DOI: 10.1103/physrevresearch.2.043158
• 发表时间: 2020-10-29
• 期刊: PHYSICAL REVIEW RESEARCH
• 影响因子: 4.2
• 作者: Nakanishi, Ken M.;Fujii, Keisuke;Todo, Synge
• 通讯作者: Todo, Synge