特許ウォッチ

公開番号2025158039
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-16
出願番号2024060484
出願日2024-04-03
発明の名称生成プログラム、生成方法および情報処理装置
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 10/60 20220101AFI20251008BHJP(計算;計数)
要約【課題】QCNNをより効率的に実行することを課題とする。
【解決手段】情報処理装置は、量子ビットの集合を分岐させた複数の部分集合それぞれに対して任意の群操作を実行した場合に、複数の部分集合で構成される層全体において複数の部分集合の構成が不変あるいは互いに入れ替わるように分岐法を決定し、決定された分岐法により分岐された複数の部分集合それぞれに作用するユニタリー操作として、層全体において同じ変換則を満たすユニタリー操作を決定し、分岐法により分岐された複数の部分集合それぞれに対してユニタリー操作を作用させることにより量子回路を生成する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
コンピュータに、
量子ビットの集合を分岐させた複数の部分集合それぞれに対して任意の群操作を実行した場合に、前記複数の部分集合で構成される層全体において前記複数の部分集合の構成が不変あるいは互いに入れ替わるように分岐法を決定し、
決定された前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに作用するユニタリー操作として、前記層全体において同じ変換則を満たすユニタリー操作を決定し、
前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに対して前記ユニタリー操作を作用させることにより量子回路を生成する、
処理を実行させることを特徴とする生成プログラム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記ユニタリー操作を決定する処理は、
複数の量子ビットそれぞれの量子状態が入力される１層目から分岐される２層目以降について、分岐後の部分集合の数を次元とする、前記複数の部分集合の入れ替えの変換則を表した行列である置換行列を用いて、前記ユニタリー操作を決定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の生成プログラム。
【請求項３】
前記ユニタリー操作を決定する処理は、
第１の層に属する第１の部分集合と第２の部分集合それぞれに作用させる第１のユニタリー演算子および第２のユニタリー演算子を各基底とし、前記各基底に対する、前記第１の部分集合および前記第２の部分集合に属する量子ビットに対する各群操作を前記置換行列で抽出し、
抽出した前記置換行列を用いて表される前記各群操作に基づき、特定の対称性を満たす前記第１のユニタリー演算子を決定し、
決定された前記第１のユニタリー演算子と、前記置換行列を用いて表される前記各群操作とに基づき、前記第１のユニタリー演算子から前記第２のユニタリー演算子を決定する、
ことを特徴とする請求項２に記載の生成プログラム。
【請求項４】
前記ユニタリー操作を決定する処理は、
前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合がブロック対角化されているか否かを判定し、
前記ブロック対角化されていない場合、前記複数の部分集合それぞれに作用させる各ユニタリー演算子を各基底とし、前記各基底を並び替えてブロック対角化された複数のブロック群を生成し、
前記複数のブロック群それぞれについて、ブロック群に属する複数の部分集合それぞれに作用するユニタリー操作として、前記ブロック群全体において同じ変換則を満たすユニタリー操作を決定する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の生成プログラム。
【請求項５】
コンピュータが、
量子ビットの集合を分岐させた複数の部分集合それぞれに対して任意の群操作を実行した場合に、前記複数の部分集合で構成される層全体において前記複数の部分集合の構成が不変あるいは互いに入れ替わるように分岐法を決定し、
決定された前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに作用するユニタリー操作として、前記層全体において同じ変換則を満たすユニタリー操作を決定し、
前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに対して前記ユニタリー操作を作用させることにより量子回路を生成する、
処理を実行することを特徴とする生成方法。
【請求項６】
量子ビットの集合を分岐させた複数の部分集合それぞれに対して任意の群操作を実行した場合に、前記複数の部分集合で構成される層全体において前記複数の部分集合の構成が不変あるいは互いに入れ替わるように分岐法を決定し、
決定された前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに作用するユニタリー操作として、前記層全体において同じ変換則を満たすユニタリー操作を決定し、
前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに対して前記ユニタリー操作を作用させることにより量子回路を生成する、
制御部を有することを特徴とする情報処理装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成プログラム、生成方法および情報処理装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
量子コンピュータを用いた機械学習手法は、現在普及している一般的なコンピュータである古典コンピュータでは扱えないような巨大なデータセットを処理できる手法として、量子物理学や金融など様々な分野への応用が期待されている。特に、量子回路を用いてニューラルネットワークを構築した量子ニューラルネットワークは、古典ニューラルネットワークを超え得る新たな技術として大きな期待を集めている。
【０００３】
また、量子ニューラルネットワークの１つであり、量子状態の分類を行うことができる量子畳み込みニューラルネットワーク（Quantum Convolutional Neural Network：ＱＣＮＮ）がある。ＱＣＮＮは、代表的な古典機械学習モデルである畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）を量子機械学習へ拡張したものであるが、古典ＣＮＮと比較して大規模なデータセットを処理できるとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－０９６３３４号公報
特表２０２２－５０９８４１号公報
米国特許出願公開第２０２２／０１０１１６４号明細書
米国特許出願公開第２０２２／０２５３７４１号明細書
【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、ＱＣＮＮでは、問題サイズが増加するにつれ計算コストが増大する問題点がある。例えば、ＱＣＮＮの訓練では、多数の訓練データに対して大量の変分パラメータを何度も更新していくことが要求されるため、非常に長い時間を要する。また、古典ＣＮＮとは異なり、量子計算では１つの出力を得るために１つの量子回路を複数回実行してその測定値の平均を計算することが要求される。また、量子コンピュータは発展途上の技術であり、現在の限られた計算リソースの中で大規模な問題を解くためには、出来るだけ計算コストを削減することが要求される。
【０００６】
１つの側面では、ＱＣＮＮをより効率的に実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の案では、生成プログラムは、コンピュータに、量子ビットの集合を分岐させた複数の部分集合それぞれに対して任意の群操作を実行した場合に、前記複数の部分集合で構成される層全体において前記複数の部分集合の構成が不変あるいは互いに入れ替わるように分岐法を決定し、決定された前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに作用するユニタリー操作として、前記層全体において同じ変換則を満たすユニタリー操作を決定し、前記分岐法により分岐された前記複数の部分集合それぞれに対して前記ユニタリー操作を作用させることにより量子回路を生成する、処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態によれば、ＱＣＮＮをより効率的に実行することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、ＱＣＮＮの量子回路について説明する図である。
図２は、ＱＣＮＮの並進対称化と分岐について説明する図である。
図３は、実施例１にかかる情報処理装置を説明する図である。
図４は、実施例１にかかる情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。
図５は、本実施形態で用いる用語や記法を説明する図である。
図６は、生成する分岐並列ＱＣＮＮの条件を説明する図である。
図７は、条件１を満たす分岐法を具体的に説明する図である。
図８は、回路分岐の設定処理（条件１）の流れを示すフローチャートである。
図９は、条件２を具体的に説明する図である。
図１０は、トワリング法の一例を説明する図である。
図１１は、ユニタリー操作の設計処理（条件２）の流れを示すフローチャートである。
図１２は、具体例となる量子回路の全体像を説明する図である。
図１３は、回路分岐の正否を説明する図である。
図１４は、１層目のユニタリー操作を説明する図である。
図１５は、２層目のユニタリー操作を説明する図である。
図１６は、２層目のユニタリー操作を説明する図である。
図１７は、３層目のユニタリー操作を説明する図である。
図１８は、３層目のユニタリー操作を説明する図である。
図１９は、４層目のユニタリー操作を説明する図である。
図２０は、４層目のユニタリー操作を説明する図である。
図２１は、４層目のユニタリー操作を説明する図である。
図２２は、４層目のユニタリー操作を説明する図である。
図２３は、ブロック対角化の判定手法を説明する図である。
図２４は、検証結果を説明する図である。
図２５は、検証結果を説明する図である。
図２６は、タスクの回転対称性を説明する図である。
図２７は、ハードウェア構成例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本願の開示する生成プログラム、生成方法および情報処理装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許