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講演抄録/キーワード
講演名 2023-12-18 16:05
分散量子計算におけるノード間通信多重化手法の提案
内藤壮俊東大)・鈴木泰成徳永裕己NTT
抄録 (和) 誤り訂正を行う量子計算では一つの論理量子ビットを構築するために大量の物理量子ビットを必要とするため、単一の量子計算ノードでは少数の論理量子ビットしか保持できないことが予想される。限定的な規模の量子計算ノードを用いて大規模な量子計算を行うには、複数のノードで通信しながら量子計算を行う分散量子計算が必須となる。しかし、これまでの分散量子計算の研究は中規模のノードを対象としたものが多く、小規模なノードを対象とした分散量子計算の研究はあまりされてこなかった。本研究では、各ノードが単一の論理量子ビットからなる分散量子計算に焦点をあて、具体的なアプリケーションについて性能やボトルネックの評価を行うとともに、性能を改善する手法の提案を行った。本研究ではまず、位相推定のプログラムをベンチマークとして分散量子計算システムの計算速度を評価し、ノード間通信の遅さがボトルネックとなる領域があることを示した。次に、ノードおよび通信経路を多重化することでノード間通信の遅さを解消する手法を提案した。数値計算の結果、提案手法が通信速度を実効的に向上し分散量子計算の性能を改善することが明らかになった。本研究の成果により、適切にノードを追加することで通信速度のボトルネックが任意のレベルまで解消可能となり、分散量子計算の性能を大幅に向上させられると期待される。 
(英) In fault-tolerant quantum computing, a large number of physical qubits are required to construct a single logical qubit, and a single quantum node would be able to hold only a small number of logical qubits. Thus, the idea of distributed quantum computing~(DQC) is necessary to demonstrate large-scale quantum computation using these limited-scale nodes. However, previous DQC studies have primarily focused on medium-scale nodes. The design of distributed systems on small-scale nodes has not been explored yet.
Here, we propose the benchmark suite and high-performance designs of DQC systems where each node has a single logical qubit and a few connectors. First, we evaluate the computation speed of DQC systems using quantum phase estimation algorithms as a benchmark. The results imply that there are regions where the speed of inter-node communication becomes the bottleneck. To address this issue, we propose a method to improve the effective bandwidth of inter-node communication by multiplexing nodes and communication paths. According to our simulation, the proposed method can relax the communication bottleneck and significantly improve the total runtime. Our results suggest that with appropriate multiplexing, the bottleneck of communication speed can be eliminated up to any desired level, which can drastically enhance the performance of DQC.
キーワード (和) 量子計算 / 量子テレポーテーション / 分散量子計算 / 誤り耐性量子計算 / / / /  
(英) Quantum Computing / Quantum Teleportation / Distributed Quantum Computing / Fault-Tolerant Quantum Computing / / / /  
文献情報 信学技報
資料番号  
発行日  
ISSN  
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研究会情報
研究会 QIT  
開催期間 2023-12-17 - 2023-12-19 
開催地(和) 沖縄科学技術大学院大学 
開催地(英) OIST 
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 2023-12-QIT 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 分散量子計算におけるノード間通信多重化手法の提案 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Multiplexed Inter-node Communication in Distributed Quantum Computing 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) 量子計算 / Quantum Computing  
キーワード(2)(和/英) 量子テレポーテーション / Quantum Teleportation  
キーワード(3)(和/英) 分散量子計算 / Distributed Quantum Computing  
キーワード(4)(和/英) 誤り耐性量子計算 / Fault-Tolerant Quantum Computing  
キーワード(5)(和/英) /  
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キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 内藤 壮俊 / Soshun Naito / ナイトウ ソウシュン
第1著者 所属(和/英) 東京大学 (略称: 東大)
The University of Tokyo (略称: Univ. of Tokyo)
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)
第3著者 氏名(和/英/ヨミ) 徳永 裕己 / Yuuki Tokunaga / トクナガ ユウキ
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)
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講演者 第1著者 
発表日時 2023-12-18 16:05:00 
発表時間 15分 
申込先研究会 QIT 
資料番号  
巻番号(vol) vol. 
号番号(no)  
ページ範囲  
ページ数  
発行日  


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