社内勉強会で発表した資料です。

おわび

量子コンピュータについては素人です
業務では扱っておりません
正確な情報は末尾の参考文献をご覧ください
教えて！詳しい人！

最近の量子コンピュータ

商用量子コンピュータD-Wave
無料体験サービズが続々
- IBMが量子コンピュータの無料体験を提供
- Microsoftがシミュレータと言語（Q#）を提供
- 日本発の量子コンピュータも最近発表

ちょっと調べてみました。

量子コンピュータって何？

「5量子ビットが限界」
「『15=3×5』を解くのがやっと」
D-Waveは128量子ビット（！）
D-Waveは本当に量子コンピュータ？

そもそも、コンピュータは２種類ある

アナログコンピュータ
- 物理現象をそのまま利用
- 特定の問題だけを解ける
- 日時計や計算尺
デジタルコンピュータ
- 物理現象を抽象化して利用
- あらゆる問題を解ける

歴史的には、アナログ → デジタルの順に発展

量子アナログコンピュータ
- 量子アニーリング（D-Wave）
- QNN
量子デジタルコンピュータ
- 量子ゲート

量子コンピュータも、アナログ → デジタルの順に発展？

量子ゲート方式

すみません。勉強できていません。

キーワード:

重ね合わせ
複素ベクトル空間
ユニタリ行列
ショアのアルゴリズム

D-Wave と量子アニーリング

D-Wave と「量子アニーリング」の関係

「量子アニーリング」は元々はアルゴリズム名
- 組み合わせ最適化問題を解く
- 「焼きなまし法」などの仲間
- 古典コンピュータで実行可能
D-Wave は「量子アニーリング」を実機で実行
- 「磁場内における平面的スピングラス問題」を解く

磁場内における平面的スピングラス問題

G = (V,E) を平面的グラフ（辺が交差しないグラフ）とする。

各頂点 v にはスピン S_v = -1 or 1 を割り当てられる。

この時、エネルギー Hが最小になるような、S_v の割り当て方を求めよ（Hの最小値を求めよ）。
H = \Sigma_{(u, v) \in E} S_u S_v + \Sigma_{v \in V} S_v

スピングラス問題はNP困難
→ 多くの現実の問題が、スピングラス問題に翻訳できる。

解きたいNP問題
 ↓
 ↓　古典コンピュータで問題を翻訳（多項式時間）
 ↓
スピングラス問題
 ↓
 ↓ D-Waveで解）
 ↓
スピングラス問題の解答
 ↓
 ↓  古典コンピュータで解答を翻訳（多項式時間）
 ↓
解きたいNO問題の解答

現実の問題を解くには、ノウハウが必要

「翻訳」に時間がかかるかも
「翻訳」ると、ビット数が大きくなりすぎるかも
キメラグラフ問題
- ハードウェア上では、全ビット同士がつながっているわけではない
- D-Waveは一部のスピングラス問題しか解けない

無料体験サービスが続々

IBM

「The IBM Quantum Experience」
- 無料
- 量子ゲート方式のシミュレータ
- 量子コンピュータの実物をクラウドで利用（5量子ビット）
なお、IBMは数年以内に商用利用可能な汎用量子コンピューティング・システムを構築する計画

回路にゲートを配置

DSLでも入力可能（左側の黒い部分）

実行結果を表示

Microsoft

https://www.microsoft.com/en-us/quantum/development-kit
「トポロジカル量子コンピュータ」という量子ゲート方式を開発中

量子ニューラルネットワーク計算機 (QNN)

組み合わせ最適化問題の一種「最大カット問題」（NP完全）を解ける。らしい

量子ニューラルネットワーク(QNN)の研究・開発は、山本喜久ImPACTプログラムマネージャーが率いてきたNII・Stanford大学の研究チームを中心に、最先端研究開発支援プログラム(FIRST)やImPACTの国家プロジェクトの支援を受け、日本電信電話会社(NTT)、NII、東京大学、大阪大学、東北大学、東京理科大学が行っています。

読んだ本

(2016)量子コンピュータが人工知能を加速する西森秀稔、大関真之

一般向け。D-Waveなどを解説。

(2015)量子計算 (ナチュラルコンピューティング・シリーズ) 西野哲朗,‎ 三原孝志,‎ 岡本龍明

量子ゲート・量子アニーリングを解説

(2009) マーミン量子コンピュータ科学の基礎 N. David Mermin,‎ 木村元 (翻訳)

量子ゲートを解説

量子アニーリングって何？

おわび