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2022年11月の研究論文・ソフトウェア編

By Dr. Chris Mansell


Software



Title: Quantum Chaos = Volume-Law Spatiotemporal Entanglement(量子カオス=体積則時空間エンタングルメント)

Organizations: Monash University; Centre for Quantum Technology, Transport for New South Wales


古典力学では、カオス系を研究するための理論的枠組みがよく整備されている。中心となる概念は、蝶の羽ばたきのような小さな摂動が、世界の別の地域で数日後に嵐のような大きな影響をもたらすというものである。量子力学系のカオスは古典のように形式化はされていない。そのような中、著者らは統一的な運用定義を提案している。彼らは、体積則のもつれ状態を作り出す量子プロセスが、過去の小さな局所的な乱れから決定論的に、あるいは非常に敏感に依存しながら生じる高度に非局所的な現象のように、カオス的な振る舞いを示すことを明らかにした。この新しい洞察に満ちた関連性は、様々な多体系物理学の問題に役立つと考えられる。



Title: Learning to predict arbitrary quantum processes (任意の量子過程を予測する学習)

Organizations: Caltech; UC Berkeley; AWS


量子物理学の実験では、「初期量子状態の準備」「量子状態の時間発展」「測定結果の取得」という3つの段階を経て、実験が行われることが多い。例えば、古典的な初期量子状態の記述と、時間発展した量子状態の測定結果の組み合わせのような学習データを、教師付き機械学習(ML)モデルに与えることは可能だろうか?本論文では、時間発展が指数関数的に多くの量子論理ゲートからなる場合でも、そのデータセットに対して学習可能な計算効率の良いMLアルゴリズムについて述べている。このアルゴリズムは、古典的なシャドウトモグラフィーに関連しており、いくつかの新しい数学的導出に依存している。この成果は、さまざまな量子技術の検討に活用できるだろう。



Title: Strongly Contracted N-Electron Valence State Perturbation Theory Using Reduced Density Matrices from a Quantum Computer(量子コンピュータからの縮小密度行列を用いた強く収縮したN電子価電子状態摂動論)

Organization: Quantinuum


本論文では、電子構造問題を解くための新しいハイブリッド量子古典アルゴリズムを紹介する。これは、量子プロセッサ内の最も強く相関する軌道のみを考慮することによって機能する。そのために、変分量子固有値アルゴリズムに従って量子状態を準備され、その後、還元密度行列を測定する。古典的な処理と組み合わせることで、全体的なアプローチは以前の量子化学手法と一致する結果が得られた。重要なのは、このハイブリッドアプローチが優れたスケーラビリティを持つことで、今後、より優れた量子ハードウェアが開発されれば、完全に古典的な手法を追い越すことができるようになるはずだ。



Title: Perspective on the Current State-of-the-Art of Quantum Computing for Drug Discovery Applications(創薬応用に向けた量子コンピューティングの最新技術展望)

Organizations: Riverlane; Astex Pharmaceuticals


量子化学に関するこの視点は、量子コンピュータで解決される電子構造の問題が製薬業界にどのような影響を与えるかに焦点を当てている。 いくつかの重要なアルゴリズム (量子位相推定と変分量子固有値ソルバー、量子ビット化とトロッター化) を比較し、どちらの場合も前者の方が後者よりもスケーリングが優れていると結論づけている。非ホジキンリンパ腫を治療するイブルチニブという薬を検証し、現在の最高の技術を使えば、誤差修正量子計算にかかる時間はわずか数日で済むと推定している (従来の方法では千年以上かかる) 。



Titles: Universal Parity Quantum Computing; Applications of universal parity quantum computation(ユニバーサルパリティ量子コンピューティング;その量子計算の応用)

Organizations: University of Innsbruck; Parity Quantum Computing GmbH


パリティ量子コンピュータのアーキテクチャでは、一部の論理的な量子ビットを、より多くの物理的な量子ビットに符号化する。この方法は、論理1 (0) を奇数の物理1 (0) として冗長にエンコードするという従来のアプローチと逆である。代わりに、論理量子ビットの任意のペアが、単一の物理量子ビットに関連付けられる。パウリのZ方向で考えた対のパリティが、物理的な量子ビットの状態を決定する。この方法は、論理的な量子ビットが全対全接続性を持つなど多くの利点があるが、これまでは組合せ最適化問題にしか適用できなかった。2つの論文のうち最初のものは、このアーキテクチャを少し変更するだけで、どのようにして普遍的な量子計算を実現できるかを示している。2つ目の論文は、この方法で Shorのアルゴリズムを実装することに関連するゲート数を分析し、いくつかの注目すべき利点を発見した。


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