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公開番号2024106787
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-08
出願番号2023011224
出願日2023-01-27
発明の名称制御装置、制御方法およびプログラム
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人東京大学
代理人弁理士法人ITOH,個人,個人,個人
主分類G06N 10/20 20220101AFI20240801BHJP(計算;計数)
要約【課題】量子ビット数のオーバーヘッドが少ない量子エラーの抑制を実現させる。
【解決手段】与えられたハミルトニアンの基底状態を近似する量子状態と、前記量子状態に対応する双対量子状態と、を含む量子回路を有する第一量子コンピュータによる第一量子測定の結果に基づいて、第一行列を算出する第一行列算出部と、前記第一量子コンピュータに含まれる前記量子回路の一部を有する第二量子コンピュータによる第二量子測定の結果に基づいて、第二行列を算出する第二行列算出部と、算出された前記第一行列および前記第二行列に基づいて一般化線形方程式を解くことによって、前記ハミルトニアンの期待値を最小化する密度行列を算出する密度行列算出部と、を備える制御装置である。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
与えられたハミルトニアンの基底状態を近似する量子状態と、前記量子状態に対応する双対量子状態と、を含む量子回路を有する第一量子コンピュータによる第一量子測定の結果に基づいて、第一行列を算出する第一行列算出部と、
前記第一量子コンピュータに含まれる前記量子回路の一部を有する第二量子コンピュータによる第二量子測定の結果に基づいて、第二行列を算出する第二行列算出部と、
算出された前記第一行列および前記第二行列に基づいて一般化線形方程式を解くことによって、前記ハミルトニアンの期待値を最小化する密度行列を算出する密度行列算出部と、を備える、
制御装置。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記第一量子コンピュータに含まれる前記量子回路の設計に関する値を、前記ハミルトニアンから分解されたパウリ演算子に基づいて算出する量子回路設計部をさらに備える、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記第一行列算出部は、複数回のＺ基底での測定を行って、各測定における最後の測定で始状態と同じビット列を測定する確率に基づいて、前記第一行列を算出する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
コンピュータが実行する制御方法であって、
与えられたハミルトニアンの基底状態を近似する量子状態と、前記量子状態に対応する双対量子状態と、を含む量子回路を有する第一量子コンピュータによる第一量子測定の結果に基づいて、第一行列を算出するステップと、
前記第一量子コンピュータに含まれる前記量子回路の一部を有する第二量子コンピュータによる第二量子測定の結果に基づいて、第二行列を算出するステップと、
算出された前記第一行列および前記第二行列に基づいて一般化線形方程式を解くことによって、前記ハミルトニアンの期待値を最小化する密度行列を算出するステップと、を備える、
制御方法。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置における各部として機能させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、制御方法およびプログラムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
量子コンピュータは、量子力学の重ね合わせの原理を活用して計算を行う技術で、素因数分解や量子化学計算などの問題を高速に解けることが期待されているため、その開発が世界で盛んに進められている。量子コンピュータが扱う量子ビットには、古典コンピュータのような０と１が入れ替わるエラーの他に、０と１の「重ね合わせ」の比率がずれたり、０と１の「重ね合わせ」が失われてしまったりといった特有のエラーが発生する。そこで、量子コンピュータにおいて発生する誤り（量子エラー）を抑制する方法が研究されている。従来、量子エラーを抑制する方法として、抑制したい量子エラーの情報を必要とする手法と、量子エラーの情報を必要としない手法と、が知られている。
【０００３】
従来、量子エラーの情報を必要としない量子エラー抑制機構として一般化部分展開空間法（例えば、非特許文献１）と呼ばれる手法がある。一般化部分展開空間法は、仮想蒸留法（例えば、非特許文献２、非特許文献３等）と部分空間展開法（例えば、非特許文献４）と呼ばれる量子エラー抑制手法を統合し、一般化した手法である。仮想蒸留法は確率的エラーを、部分空間展開法は回転エラーやアルゴリズムエラーなどといったコヒーレントエラーを効率よく抑制する量子エラー抑制法である。ここで、仮想蒸留法が量子状態のコピーを用いる手法であるため、一般化部分空間展開法もコピーを用いることが必要である。
【０００４】
また、双対状態純粋化法（例えば、非特許文献５）と呼ばれる手法が開発され、コピーを用いずに仮想蒸留法に近い操作が可能になった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
Yoshioka, Nobuyuki, Hideaki Hakoshima, Yuichiro Matsuzaki, Yuuki Tokunaga, Yasunari Suzuki, and Suguru Endo. "Generalized quantum subspace expansion." Physical Review Letters 129, no. 2 (2022): 020502.
Koczor, Balint. "Exponential error suppression for near-term quantum devices." Physical Review X 11.3 (2021): 031057.
Huggins, William J., et al. "Virtual distillation for quantum error mitigation." Physical Review X 11.4 (2021): 041036.
McClean, Jarrod R., Mollie E. Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter, and Wibe A. De Jong. "Hybrid quantum-classical hierarchy for mitigation of decoherence and determination of excited states." Physical Review A 95, no. 4 (2017): 042308.
Huo, Mingxia, and Ying Li. "Dual-state purification for practical quantum error mitigation." Physical Review A 105, no. 2 (2022): 022427.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、提案されている一般化部分空間法では、計算エラーを抑制したい量子状態のコピーが２個以上必要であり、量子ビット数が十分でないＮＩＳＱ（Noisy intermediate-scale quantum）コンピュータにとって、大きなオーバーヘッドである。そこで、上述した双対状態純粋化法を適応した一般化部分空間展開法を提案する。
【０００７】
開示の技術は、量子ビット数のオーバーヘッドが少ない量子エラーの抑制を実現させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示の技術は、与えられたハミルトニアンの基底状態を近似する量子状態と、前記量子状態に対応する双対量子状態と、を含む量子回路を有する第一量子コンピュータによる第一量子測定の結果に基づいて、第一行列を算出する第一行列算出部と、前記第一量子コンピュータに含まれる前記量子回路の一部を有する第二量子コンピュータによる第二量子測定の結果に基づいて、第二行列を算出する第二行列算出部と、算出された前記第一行列および前記第二行列に基づいて一般化線形方程式を解くことによって、前記ハミルトニアンの期待値を最小化する密度行列を算出する密度行列算出部と、を備える制御装置である。
【発明の効果】
【０００９】
開示の技術によれば、量子ビット数のオーバーヘッドが少ない量子エラーの抑制を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
量子計算システムのシステム構成の一例を示す図である。
第一量子コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
第二量子コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータのハードウェア構成の一例を示す図である。
制御装置の機能構成の一例を示す図である。
量子計算処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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