提出缩短计算时间的新型计算方法,预示光量子计算的可能性

  • 凸版印刷株式会社
  • blueqat株式会社

  凸版印刷株式会社(总公司:东京都文京区,代表取缔役社长:麿秀晴,以下简称“凸版印刷”)和blueqat株式会社(总公司:东京都涩谷区,代表:湊雄一郞,以下简称“blueqat”)正在共同推进光量子(※1)计算方面的研究。此次,该研究成果论文正式入选IEEE(※2)“量子计算与工程国际会议(International Conference on Quantum Computing and Engineering,以下简称‘QCE’)”(※3)的墙报展示,并于2021年10月18日(周一)14:30‐15:15(MST)发表了该项研究成果。

  本论文针对量子计算中的一种光量子方式,报告了通过建立新型计算方法,实现缩短光量子计算时间的相关研究成果。通过使用该种计算方法,有望在未来实现高速的光量子计算。

  “QCE”是量子产业中全球最大规模的量子计算与工程的年度国际会议,从2000年开始举办。该大会旨在弥补量子计算科学与相关行业发展之间的差距,它以不同于常规学术会议和商业会议的视角,通过论文发表和墙报展示的方式举行。在去年召开的首届会议上,有来自全球45个国家和地区的800多位专家出席,预计今年将吸引更多人士参加。

  第二届“QCE21”将于2021年10月17日(周日)至22日(周五)全部在线举行。
  大会网址:https://qce.quantum.ieee.org/

论文

题目:Simulation of Continuous‐Variable Quantum Systems with Tensor Network
作者:Ryutaro Nagai (blueqat inc.), Takao Tomono (Toppan Inc.), Yuichiro Minato (blueqat inc.)
URL:https://qce.quantum.ieee.org/posters-program/ 

研究背景

  近年来,量子计算机作为具有高度计算处理能力的下一代计算机备受关注。在量子计算机的实际应用方面,计算机公司和创投公司等各种研究机构和企业正在开发相应的硬件、计算方法和网络技术等。特别是硬件开发领域尚处于黎明期,为实现计算处理能力的提升,各方正在研究各种各样的方法。其中,超导方式的研究进展最快,但其运行环境需要接近绝对零度(-273℃),为了冷却还需要耗费大量能源和大型冷却装置,且装置难以实现小型化也是其中的问题之一。另一方面,由于光量子方式能够在常温下运行,消耗能源较少,装置也可实现小型化,因此对其商用使用方面的期待愈发高涨,但是对于该计算方式的研究尚不充分,亟需攻克计算方式上的难题。
  针对该类课题,凸版印刷和blueqat利用迄今为止积累的光量子处理和量子信息方面的经验,在光量子方式中提出了一种新的光量子计算方法,该方法与传统方法相比,可将计算时间缩短到二十七分之一。由此,有望在未来实现高速的光量子计算。此外,我们将通过利用光量子方式的数字化转型(DX)业务,为实现未来安全放心的数字社会和量子计算机及量子通信的普及做出贡献。

论文概要

(1)建立量子计算方法
  作为量子计算的仿真方法,使用张量网络(※5)建立了一种通过构建光量子电路,实施光量子计算来缩短计算时间的方法。

(2)将张量网络结构应用于CV量子计算
  该新方法针对连续变量(CV)量子计算(※6),通过将奇异值分解应用到以矩阵乘积态(Matrix Product States,MPS)(※7)表示的张量网络结构,取得了缩短计算时间的研究成果。与传统方法相比,该新型计算方法的有效性已得到确认。今后,将会与其他计算方法进行比较并验证其有效性。 

所设定的光量子电路(左)与显示缩短计算时间(1/27)结果的图表
所设定的光量子电路(左)与显示缩短计算时间(1/27)结果的图表

双方职责

・凸版印刷
  利用凸版在光量子处理方面的经验,积极推进光量子方式的量子计算相关研发工作。
  目前,我们设计了一种用于解析光连续变量模式的方法。今后,将进一步研究该方法并将其应用于光量子电路和相关量子通信等。

・blueqat
  利用迄今为止积累的量子信息知识,积极推进光量子计算机软件(仿真软件“photonqat”)的研发。
  目前,我们设计了一种将张量网络融入光量子计算的方法。今后,将进一步研究该计算方法,并将其应用到中间件的开发中去。
  公司官网:https://blueqat.com/blueqat_official_news_ja/eb9c0c75-8209-4242-8d72-c8933b47ee4d 

今后的发展

  积极推动光量子计算的基础研究(计算方法、算法等),通过软件技术和设备技术的开发,实现量子计算业务的工业化应用。

※1 光量子
将光粒子(光子)转化为量子点的量子计算方法之一。

※2 IEEE(电气与电子工程师协会,Institute of Electrical and Electronics Engineers)
总部位于美国,是全球最大的电气与信息工程领域学术研究组织,在全球160多个国家拥有423,000多名会员。
URL:https://jp.ieee.org/

※3 IEEE QCE
URL:https://qce.quantum.ieee.org/

※4 超导方式
量子计算方法的一种,在量子点中使用超导元素。

※5 张量网络
一种高效计算量子系统的方法。

※6 连续变量(CV)量子计算
使用光的相位和振幅等连续变化的值进行光量子计算。

※7 矩阵乘积态(Matrix Product States,MPS)
一种由多个矩阵的乘积组成的张量网络结构。
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