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公開番号2025113053
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007688
出願日2024-01-22
発明の名称情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置
出願人富士通株式会社
代理人個人
主分類G06N 10/80 20220101AFI20250725BHJP(計算;計数)
要約【課題】VQEによる量子化学計算にかかる処理時間の低減化を図ること。
【解決手段】情報処理装置100は、対象の分子に関する情報に基づいて、第1並列数と、当該第1並列数で量子計算処理1回を実行する処理時間の標本との組み合わせからなる、第1並列数として指定し得る値リストを取得する。情報処理装置100は、取得した第1並列数として指定し得る値リストに基づいて、複数回の量子計算処理を実行する処理時間が小さくなるよう、第1並列数と第2並列数とを決定する。情報処理装置100は、決定した第1並列数と第2並列数とに基づいて、VQEによる量子化学計算を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＶＱＥ（ＶａｒｉａｔｉｏｎａｌＱｕａｎｔｕｍＥｉｇｅｎｓｏｌｖｅｒ）による量子化学計算における対象の分子に関する情報に基づいて、前記量子化学計算における複数回の量子計算処理のうち、前記量子計算処理１回をいくつに分散して実行するのかを表す第１並列数と、前記第１並列数で前記量子計算処理１回を実行する処理時間の標本との組み合わせからなる、前記第１並列数として指定し得る値リストを取得し、
取得した前記第１並列数として指定し得る値リストに基づいて、前記第１並列数と、前記複数回の量子計算処理をいくつに分散して実行するのかを表す第２並列数との積が、前記量子計算処理に利用可能な演算装置の数を超えない範囲で、前記複数回の量子計算処理を実行する処理時間が小さくなるよう、前記第１並列数と、前記第２並列数とを決定し、
決定した前記第１並列数と、前記第２並列数とに基づいて、前記複数回の量子計算処理を制御する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする情報処理プログラム。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記取得する処理は、
複数の分子のそれぞれの分子に関する情報に対応付けて、前記第１並列数に指定し得る値リストを記憶する記憶部を参照して、前記対象の分子に関する情報に対応付けられた前記第１並列数に指定し得る値リストを取得する、ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理プログラム。
【請求項３】
前記複数回の量子計算処理のうち、少なくとも１回の量子計算処理の実行結果に基づいて、前記記憶部の記憶内容を更新する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項２に記載の情報処理プログラム。
【請求項４】
前記更新する処理は、
前記第２並列数を所定値とし、前記第１並列数に指定し得る複数の値を、前記複数回の量子計算処理におけるそれぞれ異なる量子計算処理に対して適用した場合において、前記複数回の量子計算処理のうち、それぞれの回の量子計算処理の実行結果に基づいて、前記記憶部の記憶内容を更新する、ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理プログラム。
【請求項５】
複数の演算装置を含むシステムに、前記量子計算処理に利用可能な演算装置の数を問い合わせることにより、前記量子計算処理に利用可能な演算装置の数を取得する、
処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項１に記載の情報処理プログラム。
【請求項６】
前記量子計算処理における、前記対象の分子に関する所定のハミルトニアンを規定する複数の項のそれぞれの項の係数に基づいて、前記所定のハミルトニアンから、前記複数の項のうち、前記係数の絶対値が基準値以下である項を削除する、
処理を前記コンピュータに実行させ、
前記制御する処理は、
前記係数の絶対値が前記基準値以下である項を削除した前記所定のハミルトニアンを利用して、決定した前記第１並列数と、前記第２並列数とに基づいて、前記複数回の量子計算処理を制御する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の情報処理プログラム。
【請求項７】
前記所定のハミルトニアンから削除する項の数の指定を受け付け、
前記複数の項のうち、前記係数の絶対値が小さい方から、前記指定を受け付けた前記数に応じた順番に存在する特定の項の係数の絶対値を、前記基準値に設定する、
処理を前記コンピュータに実行させる、ことを特徴とする請求項６に記載の情報処理プログラム。
【請求項８】
処理時間の上限値の指定を受け付け、
ハミルトニアンを規定する項の数の変化に応じた、前記ハミルトニアンの期待値を求める処理時間の変化を表す情報に基づいて、前記所定のハミルトニアンの期待値を求める処理時間が、前記指定を受け付けた前記上限値以下に収まるよう、前記所定のハミルトニアンから削除する項の数を特定し、
前記複数の項のうち、前記係数の絶対値が小さい方から、特定した前記数に応じた順番に存在する特定の項の係数の絶対値を、前記基準値に設定する、
処理を前記コンピュータに実行させる、ことを特徴とする請求項６に記載の情報処理プログラム。
【請求項９】
前記削除する処理は、
前記所定のハミルトニアンから、前記複数の項のうち、前記係数が正の値を取り、前記係数の絶対値が第１基準値以下である第１項と、前記係数が負の値を取り、前記係数の絶対値が第２基準値以下である第２項とを削除する、ことを特徴とする請求項６に記載の情報処理プログラム。
【請求項１０】
前記削除する処理は、
前記第１項の係数の絶対値の合計値と、前記第２項の係数の絶対値の合計値とを近付けるよう、前記所定のハミルトニアンから、前記第１項と、前記第２項とを削除する、ことを特徴とする請求項９に記載の情報処理プログラム。
（【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、情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置に関する。
続きを表示（約 4,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、材料開発または創薬研究などの分野において、対象の分子または対象の原子の性質を調査する量子化学計算を実施する手法として、ＶＱＥ（ＶａｒｉａｔｉｏｎａｌＱｕａｎｔｕｍＥｉｇｅｎｓｏｌｖｅｒ）が存在する。ＶＱＥは、例えば、量子回路を実行し、量子回路を実行して得た量子状態に基づいてハミルトニアンの期待値を求め、ハミルトニアンの期待値を最小化するよう量子回路のパラメータを更新する、というイテレーションを繰り返し実施する手法である。ＶＱＥによる量子化学計算のうち、量子回路を実行する部分と、ハミルトニアンの期待値を求める部分とは、例えば、量子シミュレータによって実現される。
【０００３】
先行技術としては、例えば、量子シミュレータによる量子計算処理を、ＭＰＩ（ＭｅｓｓａｇｅＰａｓｓｉｎｇＩｎｔｅｒｆａｃｅ）並列によって、複数のサーバによる並列処理として実装する技術がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
Ｉｍａｍｕｒａ，Ｓａｔｏｓｈｉ，ｅｔａｌ． “ｍｐｉＱｕｌａｃｓ：ＡＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＱｕａｎｔｕｍＣｏｍｐｕｔｅｒＳｉｍｕｌａｔｏｒｆｏｒＡ６４ＦＸ－ｂａｓｅｄＣｌｕｓｔｅｒＳｙｓｔｅｍｓ．” ａｒＸｉｖｐｒｅｐｒｉｎｔａｒＸｉｖ：２２０３．１６０４４（２０２２）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、ＶＱＥによる量子化学計算にかかる処理時間が膨大になる場合がある。例えば、量子回路の量子ビットの数が多くなるほど、量子回路を実行する量子シミュレータによる量子計算処理にかかる処理時間が指数オーダで大きくなり、ＶＱＥによる量子化学計算にかかる処理時間が大きくなってしまう。また、例えば、量子シミュレータによる量子計算処理を、複数のサーバによる並列処理として実装することが考えられるが、いくつのサーバに、どのように量子シミュレータによる量子計算処理を分散すればよいのかを判断することが難しい。
【０００６】
１つの側面では、本発明は、ＶＱＥによる量子化学計算にかかる処理時間の低減化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの実施態様によれば、ＶＱＥによる量子化学計算における対象の分子に関する情報に基づいて、前記量子化学計算における複数回の量子計算処理のうち、前記量子計算処理１回をいくつに分散して実行するのかを表す第１並列数と、前記第１並列数で前記量子計算処理１回を実行する処理時間の標本との組み合わせからなる、前記第１並列数として指定し得る値リストを取得し、取得した前記第１並列数として指定し得る値リストに基づいて、前記第１並列数と、前記複数回の量子計算処理をいくつに分散して実行するのかを表す第２並列数との積が、前記量子計算処理に利用可能な演算装置の数を超えない範囲で、前記複数回の量子計算処理を実行する処理時間が小さくなるよう、前記第１並列数と、前記第２並列数とを決定し、決定した前記第１並列数と、前記第２並列数とに基づいて、前記複数回の量子計算処理を制御する情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置が提案される。
【０００８】
１つの実施態様によれば、ＶＱＥによる量子化学計算における所定のハミルトニアンを規定する複数の項のそれぞれの項の係数に基づいて、前記所定のハミルトニアンから、前記複数の項のうち、前記係数の絶対値が基準値以下である項を削除し、前記係数の絶対値が前記基準値以下である項を削除した前記所定のハミルトニアンを利用して、前記複数回の量子計算処理を制御する情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置が提案される。
【発明の効果】
【０００９】
一態様によれば、ＶＱＥによる量子化学計算にかかる処理時間の低減化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施の形態にかかる情報処理方法の一実施例を示す説明図である。
図２は、情報処理システム２００の一例を示す説明図である。
図３は、情報処理装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。
図４は、演算装置２１２のハードウェア構成例を示すブロック図である。
図５は、情報処理装置１００の機能的構成例を示すブロック図である。
図６は、ＶＱＥによる量子化学計算の一例を示す説明図である。
図７は、勾配計算を含む複数回の量子計算処理を分散する一例を示す説明図（その１）である。
図８は、勾配計算を含む複数回の量子計算処理を分散する一例を示す説明図（その２）である。
図９は、ｇＲＰＣ分散処理を示す説明図である。
図１０は、勾配計算にかかる処理時間の変化の傾向を示す説明図（その１）である。
図１１は、勾配計算にかかる処理時間の変化の傾向を示す説明図（その２）である。
図１２は、分散処理数を可変にする指針を示す説明図である。
図１３は、分散処理数を途中で変更する一例を示す説明図（その１）である。
図１４は、分散処理数を途中で変更する一例を示す説明図（その２）である。
図１５は、分散処理数が、パラメータｔｈｅｔａ［］の数に対する約数以外である一例を示す説明図である。
図１６は、ＭＰＩ並列処理で高速化可能な一例を示す説明図（その１）である。
図１７は、ＭＰＩ並列処理で高速化可能な一例を示す説明図（その２）である。
図１８は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その１）である。
図１９は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その２）である。
図２０は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その３）である。
図２１は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その４）である。
図２２は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その５）である。
図２３は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その６）である。
図２４は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その７）である。
図２５は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その８）である。
図２６は、実施例１において、演算システム２１０を制御する具体例を示す説明図（その９）である。
図２７は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その１）である。
図２８は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その２）である。
図２９は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その３）である。
図３０は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その４）である。
図３１は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その５）である。
図３２は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その６）である。
図３３は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その７）である。
図３４は、実施例１における効果の一例を示す説明図（その８）である。
図３５は、全体処理手順の一例を示すフローチャートである。
図３６は、実施例１における求解処理手順の一例を示すフローチャートである。
図３７は、第１決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
図３８は、第２決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
図３９は、量子計算処理手順の一例を示すフローチャートである。
図４０は、所定のハミルトニアン４０００の一例を示す説明図である。
図４１は、指定を受け付けた数分の項を所定のハミルトニアン４０００から削除する具体例を示す説明図である。
図４２は、指定を受け付けた数分の項を所定のハミルトニアン４０００から削除する別の具体例を示す説明図である。
図４３は、ハミルトニアンの期待値計算を行うのにかかる時間を予測する計算式の具体例を示す説明図である。
図４４は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その１）である。
図４５は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その２）である。
図４６は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その３）である。
図４７は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その４）である。
図４８は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その５）である。
図４９は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その６）である。
図５０は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その７）である。
図５１は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その８）である。
図５２は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その９）である。
図５３は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その１０）である。
図５４は、実施例２における効果の一例を示す説明図（その１１）である。
図５５は、実施例２における求解処理手順の一例を示すフローチャートである。
図５６は、第１項削除処理手順の一例を示すフローチャートである。
図５７は、第２項削除処理手順の一例を示すフローチャートである。
図５８は、第３項削除処理手順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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