| 講演抄録／キーワード |
| 講演名 |
2023-05-30 14:15
Pauli積集合による量子位相推定回路の効率化
○小泉勇樹（東大）・鈴木泰成・徳永裕己（NTT） |
| 抄録 |
（和） |
量子化学や物性物理のHamiltonianの固有エネルギーを量子位相推定で求めるタスクは、誤り耐性量子計算(FTQC)で実用的な問題に対し量子優位性を示す代表的なアプローチの一つである．Qubitizationは過去の手法と比較して少ないリソースで量子位相推定の実装を可能にするテクニックである．Qubitizationを用いた量子位相推定の実装ではtexttt{SELECT}操作と呼ばれる要素がボトルネックとなる．初期のFTQCにおいて優位性のある計算を実行するには，このtexttt{SELECT}回路のリソースを最適化する必要がある．本研究では，Hamiltonianの構造を利用してtexttt{SELECT}操作を効率化する一般的な枠組みを与える．提案した枠組みを用いることによって，FTQCにおいてコストの思い操作であるT gate操作の数を削減することができる．具体的にはSchwinger模型に対する回路に対しては二次多項式的なT gate数の削減に成功し，Hubbard模型に対する回路に対しては，少数の補助量子ビットを追加することで2.5倍のT gate深さの削減に成功した． |
| （英） |
Quantum phase estimation is a quantum algorithm that can extract Hamiltonian spectra, and it is suggested as one of the practical approaches that can demonstrate quantum computational advantage with an early fault-tolerant quantum computation~(FTQC). Recent works use a technique called qubitizaition to construct its quantum circuits since it requires fewer resources than the prior methods. texttt{SELECT} operations are one of the dominant circuit elements in quantum circuits for qubitization-based quantum phase estimation. Therefore, the circuit optimization for them is essential to demonstrate computational advantage with smaller FTQCs. In this paper, we propose a general framework to optimize texttt{SELECT} operations by utilizing the structure of Pauli-product sets in Hamiltonian terms. Our framework enables us to reduce the number and depth of high-cost operations, T gates, for texttt{SELECT} operations. To benchmark the performance of our framework, we applied the proposed method to the texttt{SELECT} operations for several important Hamiltonian models. As a result, the number of T gates for the Schwinger model is reduced quadratically, and the depth of T gates for the Hubbard model is reduced by 2.5 times by consuming an acceptable number of ancillary qubits. |
| キーワード |
（和） |
誤り耐性量子計算 / 量子位相推定 / Qubitization / SELECT操作 / / / / |
| （英） |
Fault-Tolerant Quantum Computation / Quantum Phase Estimation / Qubitization / SELECT operations / / / / |
| 文献情報 |
信学技報 |
| 資料番号 |
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| 発行日 |
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| ISSN |
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| PDFダウンロード |
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| 研究会情報 |
| 研究会 |
QIT |
| 開催期間 |
2023-05-29 - 2023-05-30 |
| 開催地（和） |
京都大学 桂キャンパス |
| 開催地（英） |
Katsura Campus, Kyoto University |
| テーマ（和） |
量子情報, 一般 |
| テーマ（英） |
Quantum Information |
| 講演論文情報の詳細 |
| 申込み研究会 |
QIT |
| 会議コード |
2023-05-QIT |
| 本文の言語 |
日本語 |
| タイトル（和） |
Pauli積集合による量子位相推定回路の効率化 |
| サブタイトル（和） |
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| タイトル（英） |
Circuit optimization of quantum phase estimation with Pauli product set |
| サブタイトル（英） |
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| キーワード(1)（和/英） |
誤り耐性量子計算 / Fault-Tolerant Quantum Computation |
| キーワード(2)（和/英） |
量子位相推定 / Quantum Phase Estimation |
| キーワード(3)（和/英） |
Qubitization / Qubitization |
| キーワード(4)（和/英） |
SELECT操作 / SELECT operations |
| キーワード(5)（和/英） |
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| キーワード(6)（和/英） |
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| キーワード(7)（和/英） |
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| キーワード(8)（和/英） |
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| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） |
小泉 勇樹 / Yuki Koizumi / コイズミ ユウキ |
| 第1著者 所属（和/英） |
東京大学 (略称： 東大)
the University of Tokyo (略称： Tokyo Univ.) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） |
鈴木 泰成 / Yasunari Suzuki / スズキ ヤスナリ |
| 第2著者 所属（和/英） |
NTTコンピュータ&データサイエンス研究所 (略称： NTT)
NTT Computer and Data Science Laboratories (略称： NTT CD Labs) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） |
徳永 裕己 / Yuuki Tokunaga / スズキ ヤスナリ |
| 第3著者 所属（和/英） |
NTTコンピュータ&データサイエンス研究所 (略称： NTT)
NTT Computer and Data Science Laboratories (略称： NTT CD Labs) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） |
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| 講演者 |
第1著者 |
| 発表日時 |
2023-05-30 14:15:00 |
| 発表時間 |
15分 |
| 申込先研究会 |
QIT |
| 資料番号 |
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| 巻番号（vol） |
vol. |
| 号番号（no） |
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| ページ範囲 |
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| 発行日 |
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