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J-GLOBAL ID：202202211808696681   整理番号：22A2641465

通信量に着目したQAOA向け極低温NISQコンピューティングのアーキテクチャ検討

著者 (7件)： 富田祐永 (東大 大学院情報理工学系研究科) ,  上野洋典 (東大 大学院情報理工学系研究科) ,  上野洋典 (日本学術振興会) ,  谷本輝夫 (九大 大学院システム情報科学研究院) ,  田中雅光 (名古屋大 大学院工学研究科) ,  井上弘士 (九大 大学院システム情報科学研究院) ,  中村宏 (東大 大学院情報理工学系研究科)
資料名： 情報処理学会研究報告(Web)  (IPSJ Technical Report (Web))
巻： 2022  号： ARC-250  ページ： Vol.2022-ARC-250,No.12,1-11 (WEB ONLY)  発行年： 2022年10月04日 
JST資料番号： U0451A  資料種別： 会議録 (C)
記事区分： 原著論文  発行国： 日本 (JPN)  言語： 日本語 (JA)

抄録/ポイント： Variational Quantum Algorithm(VQA)はNear-Term Noisy Intermediate Scale Quantum(NISQ)スキームにおける量子コンピュータの優位性を示す候補として期待される。しかし,VQAが量子古典ハイブリッドな性質を持つにも関わらず,その古典処理の性質に注目したシステムレベル設計は検討されていない。特に,超伝導方式など量子プロセッサが極低温環境で動作する場合,室温環境にある制御用の古典プロセッサとの間に冷凍機内外に跨った配線が不可欠であり,大きな熱流入がスケーラビリティ制約となり得る。そのため,量子・古典プロセッサ間のバンド幅を抑え,配線が少量かつ熱伝導率の低いケーブルで済む工夫が求められる。この観点から,我々はVQAの温度境界を跨ぐ通信の性質を整理し,VQAの組合せ最適化向けバリアントQuantum Approximation Optimization Algorithm(QAOA)[5]実行時のバンド幅を抑えるアーキテクチャを検討した。我々の提案するアーキテクチャでは冷凍機内の4K温度ステージに単一磁束量子(Single-Flux Quanum,SFQ)古典回路を使用したカウンタを配置し,通信をそれらのMSBの転送のみに抑える。そのため,カウンタのエントリあたりのビット数に対して指数的なバンド幅の削減が可能であり,本稿では計算量評価により,QAOAの状態サンプリング回数に関する条件付きでバンド幅が定数オーダーに抑えられることを示した。(著者抄録)

シソーラス用語： 極低温 ,  *量子コンピュータ ,  *計算機アーキテクチャ ,  組合せ最適化問題 ,  *計算機アルゴリズム ,  *プロセス間交信 ,  磁束量子 ,  冷凍機 ,  回路 ,  計数器 ,  容量 ,  単一磁束量子 ,  *量子アルゴリズム
準シソーラス用語： *NISQコンピュータ ,  QAOA ,  SFQ回路 ,  *量子計算アルゴリズム ,  通信量

分類 (1件)： その他の計算機  (JC06020B)

引用文献 (21件)：

• Amazon: Amazon Braket (2022).
• Bartlett, R. J.: Coupled-cluster approach to molecular structure and spectra: a step toward predictive quantum chemistry, The Journal of Physical Chemistry, Vol. 93, No. 5, pp. 1697-1708 (online), DOI: 10.1021/j100342a008 (1989).
• Beer, K., Bondarenko, D., Farrelly, T., Osborne, T. J., Salzmann, R., Scheiermann, D. and Wolf, R.: Training deep quantum neural networks, Nature Communications, Vol. 11, No. 1, p. 808 (online), DOI: 10.1038/s41467-020-14454-2 (2020).
• Campbell, E. T., Terhal, B. M. and Vuillot, C.: Roads towards fault-tolerant universal quantum computation, Nature, Vol. 549, No. 7671, pp. 172-179 (online), DOI: 10.1038/nature23460 (2017).
• Farhi, E., Goldstone, J. and Gutmann, S.: A Quantum Approximate Optimization Algorithm (2014).

タイトルに関連する用語 (5件)： 通信量 ,  着目 ,  極低温 ,  コンピューティング ,  アーキテクチャ