量子コンピューター実習

ソフトウェア実習 ————————— 量子コンピュータは、「量子アルゴリズム」として書かれている計算手順を量子 状態に適用することで、目的の計算を行う。この実習では、量子計算の仕組みに ついて、その基礎から応用までを学ぶ。特に、ある量子系の状態を直接操作して いることを実感できる問題を取り上げながら、量子コンピュータの最新の応用に ついて、実例を交えた実習を行う。 量子コンピュータに触れる - 量子計算の基礎、量子回路、ゲート - CHSH不等式の破れを確認する - 実習：回路を実機で実行する 量子回路の実装 - Qiskitの基本構造を学ぶ - 量子計算のプログラミング - 実習：シミュレータ・実機での実行 超並列計算機としての量子コンピュータ - 量子フーリエ変換による足し算 - 量子系のダイナミクスシミュレーション - 実習：ハイゼンベルグモデルの時間発展 ショアのアルゴリズム - 量子位相推定とは - アルゴリズム本体を学ぶ - 実習：シミュレータでの実行 グローバーのアルゴリズム - 非構造化データの検索 - アルゴリズム本体を幾何学的に学ぶ - 実習：シミュレータと実機での実行 変分法と変分量子固有値ソルバー - 変分法と変分量子固有値ソルバー法を学ぶ - パラメータの最適化 - 実習：シミュレータを使った変分量子回路の実習 量子・古典ハイブリッドによる機械学習 - 機械学習と深層学習について - 変分量子アルゴリズムによる機械学習 - 実習：素粒子実験での分類問題への応用 演習 - 量子誤り耐性の基礎 - 量子化学計算への応用 - 組み合わせ最適化の問題 超伝導量子コンピュータの仕組み - 回路QEDの基礎を学ぶ - 超伝導量子ビットとは - 実習：マイクロ波パルスによるソフトウェア制御 超伝導量子コンピュータを操作する - 基本ゲートを実行する - 量子ビットを読み出す - 実習：量子コンピュータの操作を体験する 光量子系 - 光学系の基礎を学ぶ - 量子もつれ状態を作る（非線形光学結晶とSPDC） - HOM干渉によるCNOTの実装 - 他の量子系との違いを学ぶ ハードウェア実習（希望者のみ、人数を限定する選抜形式） -------------------------------------------------------------------------- 本実習では、超伝導量子コンピュータの実機環境を使って、実際のハード ウェアに触れながら量子計算の基本操作と計算の仕組みを学ぶ。講義で 学んだ内容に沿って、量子状態を操作し結果を読み出す方法を体験する。 実機で計算を行うことの難しさや、量子力学特有の現象が発現する様子に 触れることで、量子技術の実験的面白さを見つけることができるだろう。 その体験から、「量子センサー」や「量子計測」を使った研究への橋渡し として欲しい。

講義を行ったあとに、各自のコンピュータを使って実習用ワークブックに ある量子ブログラムを実行する。ワークブックは、ウェブブラウザ上で インタラクティブに動く形式で提供する。プログラムの実習はIBM量子 コンピュータにアクセスして実機上で走らせるが、問題に応じて シミュレータも活用する。 IBM量子コンピュータを使用するため、受講にはIBMidのアカウント作成 と登録が必要になる。詳細は、実習用ワークブックの中の「実習の準備」 を参照すること。 実習を進める上でPythonの予備知識を持っていることが望ましいが、 言語としての基本的な使い方について、初回の授業で説明することを 予定している。

レポート

実習用ワークブック： https://utokyo-icepp.github.io/***** （内容は更新する予定です）

なし（授業中に指定します）

ノートパソコンを持っていること。 予備知識として、プログラミング言語のPythonを理解していることが 望ましいが、並列に学ぶことも可とする。実習では、IBMが提供する Qiskitというソフトウェアライブラリを使用する。詳細は、実習用 ワークブックの中の「実習の準備」を参照すること。