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公開番号2025098998
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2024225849
出願日2024-12-20
発明の名称テンソルネットワークを用いて量子コンピュータをシミュレートするためのシステムおよび方法ならびに関連する方法
出願人マルチバースコンピューティングソシエダッドリミターダ
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類G06N 10/80 20220101AFI20250625BHJP(計算;計数)
要約【課題】量子計算における相互作用パターンに動的に適合する無格子テンソルネットワークシミュレーションを用いて量子計算をシミュレートするためのコンピュータ実施方法およびシステムを提供すること。
【解決手段】方法は、初期状態を初期化するステップと、量子ゲートを2つの量子ビットに適用するステップと、ネットワーク構造内に接続部を生成するステップと、数学的分解および更新プロセスを用いて数値を切り捨てるステップと、全ての接続部に対してエントロピー測定量を計算するステップと、最低のエントロピー測定量を有する接続部を次元パラメータまで切り捨てるステップと、シミュレーションの最後にオブザーバブルの期待値を計算するステップとを含む。システムは、これらのステップを実行するためのモジュールおよびサブモジュールを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
コンピュータ実施方法であって、
シミュレートすべき量子計算を受信するステップと、
前記受信された量子計算に基づいて、無格子テンソルネットワークシミュレーションを実施するステップであって、前記テンソルネットワークシミュレーションが、前記量子計算において相互作用パターンに動的に適合する、ステップと、
前記テンソルネットワークシミュレーションにおいて初期状態を初期化するステップと、
前記テンソルネットワークシミュレーションにおいて２つの量子ビットに量子ゲートを適用するステップであって、前記量子ゲートの前記適用により、ネットワーク構造内に接続部が生成され、数学的分解および更新プロセスが用いられて前記ネットワーク構造内の数値が切り捨てられ、その結果、数値の数が数値パラメータＤよりも小さくなる、ステップと、
前記ネットワーク構造内の全ての接続部に対してエントロピー測定量を計算するステップと、
前記ネットワーク構造内の結合指数の数が、数値パラメータＫよりも常に小さくなるように、最低の前記エントロピー測定量を有する前記接続部を次元パラメータまで切り捨てるステップと、
前記量子計算の前記シミュレーションの最後に、オブザーバブルの期待値を計算するステップであって、前記期待値の前記計算が、量子ビットを決定するサブモジュール内で決定された前記量子ビットを必要とし、近似法を使用する、ステップとを含むことを特徴とするコンピュータ実施方法。
続きを表示（約 610 文字）【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記量子計算がデータの量子処理であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記テンソルネットワークシミュレーションが、幾何学的想定に依存しない適応型シミュレーション手法であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記初期状態が初期生成量子状態であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記量子ゲートが量子２－キュービットゲートであることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記量子ビットが任意の量子ビットであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記接続部が、前記ネットワーク構造内の新たな連結部であることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記数値が、特異値分解の最大特異値であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記数学的分解が特異値分解であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、前記更新プロセスが単純なテンソル更新であることを特徴とする方法。
（【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】
本発明は、量子コンピューティングの分野に関し、詳細には、テンソルネットワークを用いて量子コンピュータをシミュレートするためのシステムおよび方法に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
量子コンピューティングは、計算を実行するために量子力学の原理を活用する急速に進化している分野である。量子コンピュータは、古典的なコンピュータよりもはるかに効率的に、ある特定のタイプの問題を解決するための潜在能力を有する。しかしながら、量子ビット（ｑｕｂｉｔｓ：キュービット）の数と共に状態空間が指数関数的に成長することにより、古典的コンピュータ上で量子システムをシミュレートすることは、難易度の高いタスクである。従来のシミュレーション方法は、しばしば、シミュレートされている量子システムを常に正確に表すとは限らない可能性がある特定の幾何学的想定に依存する。その上さらに、これらの方法は、実行されている特定の計算に十分に適合しないために、シミュレーション時の非効率および不正確につながる可能性がある。したがって、古典的コンピュータ上で量子システムをシミュレートするための改善された方法を得る必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
実施形態に従って、無格子（ｌａｔｔｉｃｅ－ｆｒｅｅ）テンソルネットワークを用いて量子計算をシミュレートするためのコンピュータ実施方法が提供される。方法は、シミュレートすべき量子計算を受信するステップと、量子計算において相互作用パターンに動的に適合するテンソルネットワークシミュレーションを実施するステップとを含む。初期状態がテンソルネットワークシミュレーションにおいて初期化され、量子ゲートが２つの量子ビットに適用されて、ネットワーク構造内に接続部を生成し、数学的分解および更新プロセスを用いて数値を切り捨てる。ネットワーク構造内の全ての接続部に対してエントロピー測定量が計算され、最低のエントロピー測定量を有する接続部が、次元パラメータまで切り捨てられる。オブザーバブルの期待値が、サブモジュール内で決定された量子ビットを伴い近似法を用いてシミュレーションの最後に計算される。
【０００４】
他の実施形態に従って、無格子テンソルネットワークを用いて量子計算をシミュレートするためのコンピュータ計算システムが提供される。システムは、量子計算を受信すること、テンソルネットワークシミュレーションを実施すること、初期状態を初期化すること、量子ゲートを２つの量子ビットに適用すること、ネットワーク構造内の全ての接続部に対してエントロピー測定量（ｅｎｔｒｏｐｙｍｅａｓｕｒｅ）を計算すること、最低のエントロピー測定量を有する接続部を次元パラメータまで切り捨てること、および、シミュレーションの最後に、オブザーバブルの期待値を計算することを行うためのモジュールを備える。期待値の計算は、サブモジュール内で決定された量子ビットを必要とし、近似法を使用する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
無格子テンソルネットワークシミュレーション方法を用いて量子計算をシミュレートするための操作をフローチャートで示す図である。
シミュレーションのための量子計算を受信し、そのタイプを特定するための操作をフローチャートで示す図である。
無格子テンソルネットワークシミュレーションを実施し、その手法を特定するための操作をフローチャートで示す図である。
テンソルネットワークシミュレーションにおいて初期状態を初期化し、そのタイプを特定するための操作をフローチャートで示す図である。
２つの量子ビットに量子ゲートを適用し、量子ゲートおよび量子ビットのタイプを特定するための操作をフローチャートで示す図である。
量子ゲートを適用することによって接続部を生成し、接続部、数値、数学的分解、および更新プロセスを特定するための操作をフローチャートで示す図である。
全ての接続部に対してエントロピー測定量を計算し、そのタイプを特定するための操作をフローチャートで示す図である。
最低のエントロピー測定量を有する接続部を切り捨て、次元パラメータを特定するための操作をフローチャートで示す図である。
オブザーバブルの期待値を計算し、使用された近似法を特定するための操作をフローチャートで示す図である。
量子計算シミュレーションシステムの主要コンポーネントをブロック図で示す図である。
量子計算シミュレーションシステム内の量子プロセッサおよびそのサブコンポーネントをブロック図で示す図である。
量子計算シミュレーションシステム内のテンソルネットワークシミュレータおよびそのサブコンポーネントをブロック図で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ステップ１００およびサブステップ１００－ａは、シミュレーションのための特定の量子計算を受信するプロセスに関する。このプロセスは、量子計算およびシミュレーションシステムを必要とする。データの量子処理（請求項２）として理解することもできる量子計算は、シミュレーションシステムへの入力として機能する。シミュレーションシステムは、この量子計算をシミュレートするように設計されており、したがって、量子計算を入力として受信する。
【０００７】
量子計算は、シミュレーションシステム向けに必要な入力として機能する、データの特定の量子処理を提供する。次にシミュレーションシステムは、この量子計算を受信してシミュレーションを行う。シミュレーションシステムの目標は量子計算を正確にシミュレートすることであるため、特定の量子計算を入力として受信する必要がある。
【０００８】
量子計算およびシミュレーションシステムの詳細、定義、パラメータ、機構、構造、働き、特性、数学的構成、メトリック、測定法、および他の形態については、量子計算は、量子力学原理を利用する計算の形態である。それは、重ね合わせの原理により同時に複数の状態で存在し得る量子ビット、すなわちキュービットを用いたデータ処理を伴う。これにより、量子計算は莫大な数の可能性のある事象（ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｉｅｓ）を同時に処理することができる。
【０００９】
シミュレーションシステムは、量子計算をシミュレートするように設計されたコンピュータシステムである。それは、量子計算において相互作用パターンに動的に適合する無格子テンソルネットワークシミュレーションを利用する（請求項１）。この動的な適合により、いかなる幾何学的想定の必要もなく、シミュレーションシステムは、量子計算を正確にシミュレートすることができる。シミュレーションシステムは、量子計算を入力として受信し、テンソルネットワークシミュレーションにおいて初期状態を初期化し、２つの量子ビットに量子ゲートを適用し、いくつかの他の動作を実行して量子計算をシミュレートする。
【００１０】
ステップ１０２およびサブステップ１０２－ａは、受信した量子計算に基づく無格子テンソルネットワークシミュレーションの実施に関する。このプロセスは、量子計算およびシミュレーションシステムを必要とする。入力として機能する量子計算はシミュレーションシステムによって処理される。シミュレーションシステムは、量子計算において相互作用パターンに適合するように設計されており、したがって、無格子テンソルネットワークシミュレーションを実施する。
（【００１１】以降は省略されています）

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