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公開番号2025009932
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2024099941
出願日2024-06-20
発明の名称キュービット・マッピング
出願人富士通株式会社
代理人個人,個人
主分類G06N 10/80 20220101AFI20250109BHJP(計算;計数)
要約【課題】キュービット・マッピングを提供する。
【解決手段】方法は、特定のキュービットが他のキュービットへの物理的接続を含まなくてもよいように疎に接続された量子ビット(キュービット)を含む量子回路を得ることを含みうる。本方法は、キュービットがノードとして表され、2つのキュービット間の物理的接続がエッジとして表される、該量子回路を表すグラフを生成することを含みうる。本方法は、それぞれのゲート深さに基づいてエッジに重み値を割り当てて、重み付きグラフを生成することを含みうる。個々のゲート深さは、それぞれのエッジに関連付けられた量子回路の特定の動作が量子回路によってどれだけ早く実行されるようにスケジュールされるかを示しうる。本方法は、重み付きグラフを二次割り当て問題(QAP)としてモデル化し、QAPに対する解に基づいてキュービットの初期マッピングを決定することを含みうる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の量子ビット（キュービット）を含む量子回路を取得する段階であって、前記キュービットは、すべてのキュービットが前記複数のキュービットのそれぞれの他のキュービットへの物理的接続を含むわけではないよう、互いに対して疎に接続されている、段階と；
ノードおよびエッジを含む前記量子回路のグラフ表現を生成する段階であって、該グラフ表現において、前記複数のキュービットの個々のキュービットはそれぞれのノードを使って表現され、2つのキュービットの間の個々の物理的接続は該2つのキュービットに対応する2つのそれぞれのノードを接続するそれぞれのエッジを使って表現される、段階と；
前記それぞれのエッジにそれぞれ関連付けられたゲート深さに基づいて前記それぞれのエッジに重み値を割り当てて、前記量子回路の重み付きグラフ表現を生成する段階であって、個々のゲート深さは、それぞれのエッジに関連付けられた前記量子回路の特定の動作が、前記量子回路によってどのくらい早期に実行されるようにスケジュールされているかを示す、段階と；
前記量子回路の前記重み付きグラフ表現を二次割り当て問題（QAP）としてモデル化する段階と；
前記QAPへの解に基づいて前記キュービットの初期マッピングを決定する段階とを含む、
方法。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記量子回路の前記重み付きグラフ表現を前記QAPとして生成することが：
前記ノードの間の接続を定量化する第1の行列を生成する段階と；
前記ノードの間の距離を定量化する第2の行列を生成する段階と；
前記第2の行列に含まれる各要素にエッジ重みを加えて、重み付けされた距離行列を生成する段階であって、個々のエッジ重みは、前記量子回路の前記動作が実行されるようにスケジュールされている順序に基づいて、前記第2の行列の特定の要素の値に影響を及ぼす、段階と；
前記重み付けされた第1の行列および前記重み付けされた第2の行列に基づいて前記QAPをモデル化する段階とを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記QAPは：
TIFF
2025009932000016.tif
21
170
として表現され、λ
w(e)
は前記エッジ重みを表し、d
μ(u),μ(v)
は前記第1の行列および前記第2の行列を表す、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記QAPは、二次バイナリ最適化問題（QBP）である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記QBPは：
TIFF
2025009932000017.tif
24
170
として表現され、d
kl
は前記ノードの間の接続を定量化する第1の行列を表し、x
ik
およびx
jl
はバイナリ値を有するルーティング長最小化項を表し、α
e
は定数値を有する優先度調整項を表す、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ゲート深さに基づいて前記それぞれのエッジに前記重み値を割り当てることは、より大きいゲート深さを有する第1の特定のエッジに、より小さい重み値を割り当て、より小さいゲート深さを有する第2の特定のエッジに、より大きい重み値を割り当てることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ゲート深さに基づいて前記それぞれのエッジに前記重み値を割り当てることは、より大きいゲート深さを有する第1の特定のエッジに、より大きい重み値を割り当て、より小さいゲート深さを有する第2の特定のエッジに、より小さい重み値を割り当てることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
実行されることに応答して、システムに動作を実行させる命令を記憶するように構成された一つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、前記動作が：
複数の量子ビット（キュービット）を含む量子回路を取得する段階であって、前記キュービットは、すべてのキュービットが前記複数のキュービットのそれぞれの他のキュービットへの物理的接続を含むわけではないよう、互いに対して疎に接続されている、段階と；
ノードおよびエッジを含む前記量子回路のグラフ表現を生成する段階であって、該グラフ表現において、前記複数のキュービットの個々のキュービットはそれぞれのノードを使って表現され、2つのキュービットの間の個々の物理的接続は該2つのキュービットに対応する2つのそれぞれのノードを接続するそれぞれのエッジを使って表現される、段階と；
前記それぞれのエッジにそれぞれ関連付けられたゲート深さに基づいて前記それぞれのエッジに重み値を割り当てて、前記量子回路の重み付きグラフ表現を生成する段階であって、個々のゲート深さは、それぞれのエッジに関連付けられた前記量子回路の特定の動作が、前記量子回路によってどのくらい早期に実行されるようにスケジュールされているかを示す、段階と；
前記量子回路の前記重み付きグラフ表現を二次割り当て問題（QAP）としてモデル化する段階と；
前記QAPへの解に基づいて前記キュービットの初期マッピングを決定する段階とを含む、
一つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項９】
前記量子回路の前記重み付きグラフ表現を前記QAPとして生成することが：
前記ノードの間の接続を定量化する第1の行列を生成する段階と；
前記ノードの間の距離を定量化する第2の行列を生成する段階と；
前記第2の行列に含まれる各要素にエッジ重みを加えて、重み付けされた距離行列を生成する段階であって、個々のエッジ重みは、前記量子回路の前記動作が実行されるようにスケジュールされている順序に基づいて、前記第2の行列の特定の要素の値に影響を及ぼす、段階と；
前記重み付けされた第1の行列および前記重み付けされた第2の行列に基づいて前記QAPをモデル化する段階とを含む、
請求項８に記載の一つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１０】
前記QAPは：
TIFF
2025009932000018.tif
22
170
として表現され、λ
w(e)
は前記エッジ重みを表し、d
μ(u),μ(v)
は前記第1の行列および前記第2の行列を表す、
請求項９に記載の一つまたは複数の非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、概括的には、キュービット・マッピングのシステムおよび方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
量子コンピュータは、情報を1、0、または1と0同時として表すことができるキュービット（「キュービット」）を使用することができる。量子コンピュータは、最適化問題、整数因数分解、シミュレーション・モデル化、および／またはデータ解析などのいくつかのタイプの計算を、古典的なコンピューティング・システムよりも効率的に、および／またはより正確に実行することができる。しかしながら、既存の量子コンピュータは、限られた数のキュービットしか含まず、その結果、いくつかの計算的に要求の厳しいタスクを実行することができないか、またはその用途に好適でないため、既存の量子コンピュータは、ノイズのある中規模量子（noisy intermediate-scale quantum、NISQ）デバイスとして分類されうる。
【０００３】
本開示において請求される主題は、何らかの欠点を解決する実施形態、または、上述したような環境においてのみ動作する実施形態に限定されない。むしろ、この背景は、本開示に記載されたいくつかの実施形態が実施されうる1つの例示的な技術分野を示すためにのみ提供される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある実施形態のある側面によれば、方法は、特定のキュービットが他のキュービットへの物理的接続を含まなくてもよいように疎に接続された量子ビット（キュービット）を含む量子回路を得ることを含みうる。本方法は、キュービットがノードとして表され、2つのキュービット間の物理的接続がエッジとして表される、該量子回路を表すグラフを生成することを含みうる。本方法は、それぞれのゲート深さに基づいてエッジに重み値を割り当てて、重み付きグラフを生成することを含みうる。個々のゲート深さは、それぞれのエッジに関連付けられた量子回路の特定の動作が量子回路によってどれだけ早く実行されるようにスケジュールされるかを示しうる。本方法は、重み付きグラフを二次割り当て問題（Quadratic Assignment Problem、QAP）としてモデル化し、QAPに対する解に基づいてキュービットの初期マッピングを決定することを含みうる。
【０００５】
実施形態の目的および利点は、少なくとも、特許請求の範囲において具体的に指摘される要素、特徴、および組み合わせによって実現され、達成される。上記の一般的な記述および以下の詳細な記述はいずれも、説明するものであって、特許請求される発明を制約するものではないことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
例示的実施形態は、添付の図面を通して、さらなる特異性および詳細さをもって記述され、説明される。
【０００７】
本開示の一つまたは複数の実施形態による、初期キュービット・マッピングが決定されうる例示的な動作環境の図である。
【０００８】
量子コンピューティング・システムのキュービットを表す第1の例示的なグラフを示す。
【０００９】
量子コンピューティング・システムのキュービットを表す第2の例示的なグラフを示す。
【００１０】
本開示の一つまたは複数の実施形態による、初期キュービット・マッピングを決定する例示的方法のフローチャートである。
（【００１１】以降は省略されています）

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