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公開番号2025144313
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-02
出願番号2024044033
出願日2024-03-19
発明の名称シミュレーションプログラム、情報処理装置およびシミュレーション方法
出願人富士通株式会社
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類G06N 10/80 20220101AFI20250925BHJP(計算;計数)
要約【課題】行列や行列積の計算が可能な量子シミュレータのシミュレーションを高速化する。
【解決手段】情報処理装置1は、行列同士の積の計算が可能なシミュレータを用いて量子回路のシミュレーションを行う。情報処理装置1は、第1の量子回路を前方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存する。情報処理装置1は、第1の量子回路を後方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存する。情報処理装置1は、シミュレータを用いて第2の量子回路のシミュレーションを行う際に、第2の量子回路に含まれるゲートであって、第1の量子回路と差異がある第1ゲートより前方向または後方向に配置され、第1の量子回路と差異がない第2ゲートに、マージして得られた行列を利用して第2の量子回路のシミュレーションを実行する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
行列同士の積の計算が可能なシミュレータを用いて量子回路のシミュレーションを行うシミュレーションプログラムであって、
第１の量子回路を第１方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存し、
前記第１の量子回路を第２方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存し、
前記シミュレータを用いて第２の量子回路のシミュレーションを行う際に、前記第２の量子回路に含まれるゲートであって、前記第１の量子回路と差異がある第１ゲートより前記第１方向または前記第２方向に配置され、前記第１の量子回路と差異がない第２ゲートに、マージして得られた行列を利用して前記第２の量子回路のシミュレーションを実行する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１の量子回路と前記第２の量子回路とを比較し、前記第２の量子回路に含まれるゲートの中で前記第１の量子回路と差異がある前記第１ゲートを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のシミュレーションプログラム。
【請求項３】
該検出する処理は、量子回路を記述する方式により記述されたゲートの記述レベルを用いて、前記第２の量子回路に含まれるゲートの中で前記第１の量子回路と差異がある前記第１ゲートを検出する
ことを特徴とする請求項２に記載のシミュレーションプログラム。
【請求項４】
該検出する処理は、ゲートを表すベクトルをハッシュ関数に入力して得られるハッシュ値を用いて、前記第２の量子回路に含まれるゲートの中で前記第１の量子回路と差異がある前記第１ゲートを検出する
ことを特徴とする請求項２に記載のシミュレーションプログラム。
【請求項５】
該検出する処理は、差異がある前記第１ゲートが検出されない場合には、前記方式により記述された、ゲートで用いられるパラメータの値の差異に基づいて、前記第２の量子回路に含まれるゲートの中で前記第１の量子回路と差異がある前記第１ゲートを検出する
ことを特徴とする請求項２に記載のシミュレーションプログラム。
【請求項６】
前記量子回路のシミュレーションは、前記量子回路に含まれるゲートで用いられるパラメータの値を少しずつ動かしながら、評価関数が最適になるパラメータの組合せを探索する変分量子アルゴリズム（ＶＱＡ：Variational Quantum Algorithm）におけるシミュレーションを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のシミュレーションプログラム。
【請求項７】
行列同士の積の計算が可能なシミュレータを用いて量子回路のシミュレーションを行う情報処理装置であって、
第１の量子回路を第１方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存する第１のマージ部と、
前記第１の量子回路を第２方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存する第２のマージ部と、
前記シミュレータを用いて第２の量子回路のシミュレーションを行う際に、前記第２の量子回路に含まれるゲートであって、前記第１の量子回路と差異がある第１ゲートより前記第１方向または前記第２方向に配置され、前記第１の量子回路と差異がない第２ゲートに、マージして得られた行列を利用して前記第２の量子回路のシミュレーションを実行するシミュレーション部と、
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項８】
行列同士の積の計算が可能なシミュレータを用いて量子回路のシミュレーションを行うシミュレーション方法であって、
第１の量子回路を第１方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存し、
前記第１の量子回路を第２方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存し、
前記シミュレータを用いて第２の量子回路のシミュレーションを行う際に、前記第２の量子回路に含まれるゲートであって、前記第１の量子回路と差異がある第１ゲートより前記第１方向または前記第２方向に配置され、前記第１の量子回路と差異がない第２ゲートに、マージして得られた行列を利用して前記第２の量子回路のシミュレーションを実行する
処理をコンピュータが実行することを特徴とするシミュレーション方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、シミュレーションプログラム等に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、量子コンピュータにより実行されるアルゴリズムの研究開発のために、量子回路の計算を古典のコンピュータ上で高速にシミュレーションすることが重要になっている。量子シミュレータは、量子回路の情報を入力し、最終的な量子状態を計算して出力する。
【０００３】
量子シミュレータの種類には、例えば、状態ベクトル（StateVector：ＳＶ）型、決定グラフ（Decision Diagram：ＤＤ）型等が挙げられる。ＳｔａｔｅＶｅｃｔｏｒ型は、最も一般的なシミュレータであり、行列やベクトルを数値としてそのまま保持する。ＤＤ型は、行列やベクトルをグラフ構造として保持することで、メモリ量を削減することができる。また、ＤＤ型は、複数の量子ゲート（行列）を１つの行列に纏めておくことができる。
【０００４】
ここで、従来では、量子回路の中の量子ゲートの種類や量子ゲートのパラメータが少しでも変わると、量子シミュレータは、量子回路の計算を、初めから全てやり直す。ＤＤ型の量子シミュレータであっても、量子回路の中の量子ゲートの種類や量子ゲートのパラメータが少しでも変わると、初めから全て計算し直す必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０２０－５１５９９９号公報
特開２０２２－１９１４４３号公報
米国特許出願公開第２０１９／０３３２７３１号明細書
米国特許出願公開第２０２１／０１９２１１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のＤＤ型の量子シミュレータでは、量子回路の中の量子ゲートの種類や量子ゲートのパラメータが変わると、量子回路の計算を初めから全てやり直す必要があるので、シミュレーションの総時間がかかってしまうという問題がある。
【０００７】
なお、上記課題は、ＤＤ型の量子シミュレータだけではなく、行列・行列積または行列同士の積の計算が可能な量子シミュレータ全般にも同様に生じる課題である。
【０００８】
本発明は、１つの側面では、行列同士の積の計算が可能な量子シミュレータのシミュレーションを高速化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様では、シミュレーションプログラムは、行列同士の積の計算が可能なシミュレータを用いて量子回路のシミュレーションを行うシミュレーションプログラムであって、第１の量子回路を第１方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存し、前記第１の量子回路を第２方向のゲートから順にマージして、マージ毎に得られる行列を保存し、前記シミュレータを用いて第２の量子回路のシミュレーションを行う際に、前記第２の量子回路に含まれるゲートであって、前記第１の量子回路と差異がある第１ゲートより前記第１方向または前記第２方向に配置され、前記第１の量子回路と差異がない第２ゲートに、マージして得られた行列を利用して前記第２の量子回路のシミュレーションを実行する、処理をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
１実施態様によれば、ＤＤ型の量子シミュレータのシミュレーション時間を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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