JP2022003576A - 制御パルス生成方法、装置、システム、電子デバイス、記憶媒体及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
を初期化し、このパラメータ化量子回路のユニタリ行列を
とし、以降、
は当該パラメータ化量子回路を表す。システムハミルトニアンHsysとこのVQEアルゴリズムのパラメトリック量子回路をクラウドサーバにアップロードして処理する。ここで、この例では、当該システムハミルトニアンと目標量子制御タスク(下表の量子タスクに対応)のデータ構造は次の表のとおりである。
を得、さらに初期パルスシーケンスを目標量子ハードウェア装置に作用させた後に得られた物理量子ビットの量子状態ρを得、期待値<Hvqe>を計算する。
を調整し、更新されたパラメータ化量子回路のユニタリ行列
を得る。
、基底状態エネルギー、ランタイム、密度行列などの結果をクライアントに返し、クライアントは、結果リターン及び処理モジュールを呼び出して、返された結果を可視化する。
を作成する。
によって表された目標量子制御タスクをクラウドサーバにアップロードする。クラウドサーバ側では、マッパーを呼び出してパラメータ化量子回路
における論理量子ビットを目標量子ハードウェア装置における物理量子ビットにマッピングする。
を更新し、ステップdに戻ってパルスを最適化する。例えば、パラメータ化量子回路のパラメータ
を更新した後、単一量子ビットゲートに対応する初期模擬パルスを再調整し、さらに初期制御パルスと初期パルスシーケンスを調整する。
、目標パルスシーケンス及び忠実度、基底状態エネルギー、密度行列などをクライアントに返し、可視化処理を行う。
Claims (18)
- パラメトリック量子回路によって表された目標量子制御タスクを実現するための目標量子ハードウェア装置の関連物理パラメータに基づいて構築され、前記目標量子ハードウェア装置に対応する量子システムのハミルトニアンを表すためのシステムハミルトニアンを取得することと、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスを取得して、前記パラメトリック量子回路における全ての前記量子論理ゲートにより形成されたゲートシーケンスに対する、初期パルスシーケンスを得、ここで、前記初期制御パルスは、前記システムハミルトニアンに基づいて模擬的に得られることと、
前記初期パルスシーケンスを前記目標量子ハードウェア装置に印加した後に得られた前記量子システムのシステム状態情報を取得することと、
前記システム状態情報と、前記目標量子制御タスクが実現すべき目標状態情報との関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路におけるパラメータを調整して、前記初期パルスシーケンスのパルスパラメータを調整することによって、目標パルスシーケンスを得、ここで、前記目標パルスシーケンスは、前記目標量子ハードウェア装置に印加された後に、前記目標量子制御タスクを実現可能であることと、を含む、
制御パルス生成方法。 - 前記制御パルス生成方法は、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期模擬パルスを取得することと、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期模擬パルスに基づいて、前記システムハミルトニアンに対して動力学進化処理を行うことによって、前記目標量子ハードウェア装置における物理量子ビットに前記初期模擬パルスを印加するシミュレーションを行い、前記初期模擬パルスにより実現される模擬量子ゲートを模擬的に得ることと、
模擬的に得られた前記模擬量子ゲートと前記量子論理ゲートとの関係に基づいて、前記初期模擬パルスのパルスパラメータを最適化して、前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスを得、ここで、近似量子論理ゲートは、前記初期制御パルスに基づいて得られ、前記量子論理ゲートからの忠実度が予め設定された忠実度規則を満たすことと、をさらに含む、
請求項1に記載の制御パルス生成方法。 - 前記制御パルス生成方法は、
少なくとも、前記システムハミルトニアンと、前記パラメトリック量子回路に含まれる論理量子ゲートとに基づいて、進化によって第1目標関数を得、ここで、前記第1目標関数は、前記目標量子ハードウェア装置に初期パルスシーケンスを印加するシミュレーションを行った後に得られた模擬量子ゲートと、前記パラメトリック量子回路に含まれる論理量子ゲートとの関係を表すことをさらに含み、
前記模擬的に得られた前記模擬量子ゲートと前記量子論理ゲートとの関係に基づき、前記初期模擬パルスのパルスパラメータを最適化して、前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスを得ることは、
前記初期模擬パルスのパルスパラメータを最適化することによって、前記第1目標関数を最小化して最小関数値を得、ここで、前記最小関数値に対応する模擬量子ゲートは、前記近似量子論理ゲートであることと、
前記最小関数値に対応する模擬パルスを、前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスとすることと、を含む、
請求項2に記載の制御パルス生成方法。 - 前記制御パルス生成方法は、
前記目標量子ハードウェア装置における物理量子ビット間の物理的連通関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路における論理量子ビットを前記目標量子ハードウェア装置における物理量子ビットにマッピングして、論理量子ビットと物理量子ビットとのマッピング関係を表す目標パラメトリック量子回路を得ることをさらに含み、
前記パラメトリック量子回路における全ての前記量子論理ゲートにより形成されたゲートシーケンスに対する、初期パルスシーケンスを得ることは、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートが2つ以上存在する場合に、前記目標パラメトリック量子回路によって表されたマッピング関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路に含まれる各前記量子論理ゲートの初期制御パルスに対して、シーケンス及び/又は順序に基づく最適化処理を行い、前記初期パルスシーケンスを模擬的に得ることを含み、
ここで、近似量子論理ゲートは、前記初期パルスシーケンスに含まれる制御パルスに基づいて得られ、前記量子論理ゲートからの忠実度が予め設定された忠実度規則を満たす、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の制御パルス生成方法。 - 前記制御パルス生成方法は、
トモグラフィーパルスシーケンスを取得することと、
前記目標パルスシーケンスを前記目標量子ハードウェア装置に印加した後、前記トモグラフィーパルスシーケンスを印加した後に返された測定結果を取得することと、をさらに含み、
前記初期パルスシーケンスを前記目標量子ハードウェア装置に印加した後に得られた前記量子システムのシステム状態情報を取得することは、
前記測定結果に基づいて、前記目標量子ハードウェア装置における各物理量子ビットの状態情報を得て、前記量子システムのシステム状態情報を得ることを含む、
請求項1に記載の制御パルス生成方法。 - 前記制御パルス生成方法は、
前記パラメトリック量子回路に対する第2目標関数を取得することと、
前記第2目標関数に基づいて、前記システム状態情報に対応する関数値を算出することと、をさらに含み、
前記システム状態情報と、前記目標量子制御タスクが実現すべき目標状態情報との関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路におけるパラメータを調整して、前記初期パルスシーケンスのパルスパラメータを調整することによって、目標パルスシーケンスを得ることは、
前記システム状態情報に対応する関数値に基づいて、前記第2目標関数が関数規則を満たしていないと判定された場合に、前記第2目標関数が関数規則を満たすまで、前記パラメトリック量子回路におけるパラメータを調整して、前記初期パルスシーケンスのパルスパラメータを調整し、調整された初期パルスシーケンスに対応するシステム状態情報を再取得するとともに、関数値を再取得することと、
前記関数規則を満たす第2目標関数に対応する初期パルスシーケンスを前記目標パルスシーケンスとすることと、を含む、
請求項1に記載の制御パルス生成方法。 - 前記制御パルス生成方法は、
少なくとも前記量子システムのシステム状態情報を出力結果とすることと、
前記出力結果を可視化インタラクションインタフェースにて表示することと、をさらに含む、
請求項1に記載の制御パルス生成方法。 - パラメトリック量子回路によって表された目標量子制御タスクを実現するための目標量子ハードウェア装置の関連物理パラメータに基づいて構築され、前記目標量子ハードウェア装置に対応する量子システムのハミルトニアンを表すためのシステムハミルトニアンを取得するハミルトニアン取得ユニットと、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスを取得して、前記パラメトリック量子回路における全ての前記量子論理ゲートにより形成されたゲートシーケンスに対する、初期パルスシーケンスを得、ここで、前記初期制御パルスは、前記システムハミルトニアンに基づいて模擬的に得られる制御パルス取得ユニットと、
前記初期パルスシーケンスを前記目標量子ハードウェア装置に印加した後に得られた前記量子システムのシステム状態情報を取得する状態情報取得ユニットと、
前記システム状態情報と、前記目標量子制御タスクが実現すべき目標状態情報との関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路におけるパラメータを調整して、前記初期パルスシーケンスのパルスパラメータを調整することによって、目標パルスシーケンスを得、ここで、前記目標パルスシーケンスは、前記目標量子ハードウェア装置に印加された後に、前記目標量子制御タスクを実現可能である目標パルスシーケンス確定ユニットと、を備える、
制御パルス生成装置。 - 前記制御パルス生成装置は、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期模擬パルスを取得する模擬パルス取得ユニットと、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期模擬パルスに基づいて、前記システムハミルトニアンに対して動力学進化処理を行うことによって、前記目標量子ハードウェア装置における物理量子ビットに前記初期模擬パルスを印加するシミュレーションを行い、前記初期模擬パルスにより実現される模擬量子ゲートを模擬的に得る動力学進化ユニットと、
模擬的に得られた前記模擬量子ゲートと前記量子論理ゲートとの関係に基づいて、前記初期模擬パルスのパルスパラメータを最適化して、前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスを得、ここで、近似量子論理ゲートは、前記初期制御パルスに基づいて得られ、前記量子論理ゲートからの忠実度が予め設定された忠実度規則を満たす最適化ユニットと、をさらに備える、
請求項8に記載の制御パルス生成装置。 - 前記制御パルス生成装置は、
少なくとも、前記システムハミルトニアンと、前記パラメトリック量子回路に含まれる論理量子ゲートとに基づいて、進化によって第1目標関数を得、ここで、前記第1目標関数は、前記目標量子ハードウェア装置に初期パルスシーケンスを印加するシミュレーションを行った後に得られた模擬量子ゲートと、前記パラメトリック量子回路に含まれる論理量子ゲートとの関係を表す第1目標関数確定ユニットをさらに備え、
前記最適化ユニットは、
前記初期模擬パルスのパルスパラメータを最適化することによって、前記第1目標関数を最小化して最小関数値を得、ここで、前記最小関数値に対応する模擬量子ゲートは、前記近似量子論理ゲートであることと、
前記最小関数値に対応する模擬パルスを、前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスとすることと、にさらに用いられる、
請求項9に記載の制御パルス生成装置。 - 前記制御パルス生成装置は、
前記目標量子ハードウェア装置における物理量子ビット間の物理的連通関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路における論理量子ビットを前記目標量子ハードウェア装置における物理量子ビットにマッピングして、論理量子ビットと物理量子ビットとのマッピング関係を表す目標パラメトリック量子回路を得るマッピングユニットをさらに備え、
前記制御パルス取得ユニットは、
前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートが2つ以上存在する場合に、前記目標パラメトリック量子回路によって表されたマッピング関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路に含まれる各前記量子論理ゲートの初期制御パルスに対して、シーケンス及び/又は順序に基づく最適化処理を行い、前記初期パルスシーケンスを模擬的に得ることに用いられ、
ここで、近似量子論理ゲートは、前記初期パルスシーケンスに含まれる制御パルスに基づいて得られ、前記量子論理ゲートからの忠実度が予め設定された忠実度規則を満たす、
請求項8〜10のいずれか1項に記載の制御パルス生成装置。 - 前記制御パルス生成装置は、
トモグラフィーパルスシーケンスを取得するトモグラフィーパルスシーケンス取得ユニットと、
前記目標パルスシーケンスを前記目標量子ハードウェア装置に印加した後、前記トモグラフィーパルスシーケンスを印加した後に返された測定結果を取得する測定結果取得ユニットと、をさらに備え、
前記状態情報取得ユニットは、前記測定結果に基づいて、前記目標量子ハードウェア装置における各物理量子ビットの状態情報を得て、前記量子システムのシステム状態情報を得ることにさらに用いられる、
請求項8に記載の制御パルス生成装置。 - 前記制御パルス生成装置は、
前記パラメトリック量子回路に対する第2目標関数を取得し、前記第2目標関数に基づいて、前記システム状態情報に対応する関数値を算出する第2目標関数確定ユニットをさらに備え、
前記目標パルスシーケンス確定ユニットは、
前記システム状態情報に対応する関数値に基づいて、前記第2目標関数が関数規則を満たしていないと判定された場合に、前記第2目標関数が関数規則を満たすまで、前記パラメトリック量子回路におけるパラメータを調整して、前記初期パルスシーケンスのパルスパラメータを調整し、調整された初期パルスシーケンスに対応するシステム状態情報を再取得するとともに、関数値を再取得することと、
前記関数規則を満たす第2目標関数に対応する初期パルスシーケンスを前記目標パルスシーケンスとすることと、にさらに用いられる、
請求項8に記載の制御パルス生成装置。 - 前記制御パルス生成装置は、
少なくとも前記量子システムのシステム状態情報を出力結果とし、前記出力結果を可視化インタラクションインタフェースにて表示する可視化ユニットをさらに備える、
請求項8に記載の制御パルス生成装置。 - ユーザによって入力された、パラメトリック量子回路によって表された目標量子制御タスクを実現するための目標量子ハードウェア装置の関連物理パラメータを受信し、前記目標量子ハードウェア装置を表すシステムハミルトニアンを構築する端末と、
前記システムハミルトニアンを取得し、前記パラメトリック量子回路に含まれる量子論理ゲートの初期制御パルスを取得して、前記パラメトリック量子回路における全ての前記量子論理ゲートにより形成されたゲートシーケンスに対する、システムハミルトニアンに基づいて模擬的に得られる初期パルスシーケンスを得、前記初期パルスシーケンスを前記目標量子ハードウェア装置に印加した後に得られた量子システムのシステム状態情報を取得し、前記システム状態情報と、前記目標量子制御タスクが実現すべき目標状態情報との関係に基づいて、前記パラメトリック量子回路におけるパラメータを調整して、前記初期パルスシーケンスのパルスパラメータを調整することによって、目標パルスシーケンスを得、ここで、前記目標パルスシーケンスは、前記目標量子ハードウェア装置に印加された後に、前記目標量子制御タスクを実現可能であるクラウドサーバと、を少なくとも備える、
制御パルス生成システム。 - 少なくとも1つのプロセッサと、
前記少なくとも1つのプロセッサと通信接続されるメモリと、を備え、
前記メモリには、前記少なくとも1つのプロセッサで実行可能な命令が記憶され、前記命令は、前記少なくとも1つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも1つのプロセッサに、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の制御パルス生成方法を実行させる、
電子デバイス。 - コンピュータに請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の制御パルス生成方法を実行させる命令を記憶する非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
- コンピュータにおいて、プロセッサにより実行されると、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の制御パルス生成方法を実現するプログラム。
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