JP7186891B2 - ニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法、装置、チップ、コンピュータ機器、及びコンピュータプログラム - Google Patents
ニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法、装置、チップ、コンピュータ機器、及びコンピュータプログラム Download PDFInfo
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Description
量子回路の誤りシンドローム情報を取得するステップであって、前記誤りシンドローム情報は量子誤り訂正符号のスタビライザージェネレータの固有値からなるデータ配列である、ステップ、
ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得するステップであって、前記ニューラルネットワーク復号器の特徴抽出層は入力データに対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、前記ブロック分割特徴抽出とは入力データに対してブロック分割を行って少なくとも2つのブロックを獲得した後、少なくとも2つの特徴抽出ユニットを採用して前記少なくとも2つのブロックに対して並列する特徴抽出処理を行うことを指す、ステップ、及び
前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得するステップであって、前記誤り結果情報は前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられる、ステップを含む。
量子回路の誤りシンドローム情報を取得するステップであって、前記誤りシンドローム情報は量子誤り訂正符号のスタビライザージェネレータの固有値からなるデータ配列である、ステップ、
ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得するステップであって、前記ニューラルネットワーク復号器の特徴抽出層は入力データに対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、前記ブロック分割特徴抽出とは入力データに対してブロック分割を行って少なくとも2つのブロックを獲得した後、少なくとも2つの特徴抽出ユニットを採用して前記少なくとも2つのブロックに対して並列する特徴抽出処理を行うことを指す、ステップ、及び
前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得するステップであって、前記誤り結果情報は前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられる、ステップを含む。
前記シンドローム情報取得モジュールは、量子回路の誤りシンドローム情報を取得することに用いられ、前記誤りシンドローム情報は量子誤り訂正符号のスタビライザージェネレータの固有値からなるデータ配列であり、
前記ブロック分割特徴抽出モジュールは、ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得することに用いられ、前記ニューラルネットワーク復号器の特徴抽出層は入力データに対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、前記ブロック分割特徴抽出とは入力データに対してブロック分割を行って少なくとも2つのブロックを獲得した後、少なくとも2つの特徴抽出ユニットを採用して前記少なくとも2つのブロックに対して並列する特徴抽出処理を行うことを指し、
前記融合復号処理モジュールは、前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得することに用いられ、前記誤り結果情報は前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられる。
class CNN_2D(nn.Module):
def __init__(self, input_size, output_size = 4):
self.input_size = input_size
super(CNN_2D, self).__init__()
self.conv1 = nn.Conv2D(15, 500, stride = 4, kernel_size = 4, padding = 0)
self.relu1 = nn.ReLU()
self.conv2 = nn.Conv2D(500, 1000, stride = 2, kernel_size = 2, padding = 0)
self.relu2 = nn.ReLU()
self.fc1 = nn.Linear(1000*2*2, 1024)
self.relu3 = nn.ReLU()
self.fc2 = nn.Linear(1024, 512)
self.relu4 = nn.ReLU()
self.fc3 = nn.Linear(512, 128)
self.relu5 = nn.ReLU()
self.fc4 = nn.Linear(128, 4)
def forward(self, x):
x = self.conv1(x)
x = self.relu1(x)
x = self.conv2(x)
x = self.relu2(x)
x = x.view(-1, 1000*2*2)
x = self.c1(x)
x = self.relu3(x)
x = self.fc2(x)
x = self.relu4(x)
x = self.fc3(x)
x = self.relu5(x)
x = self.fc4(x)
前記第1復号器は前記真の誤りシンドローム情報に対して復号を行って、前記真の誤りシンドローム情報に対応する論理誤り類を獲得することに用いられ、前記論理誤り類は前記量子回路に発生する誤りがマッピングを経た後の類であり、
前記第2復号器は前記真の誤りシンドローム情報に対して復号を行って、前記真の誤りシンドローム情報に対応する完全な誤りシンドローム情報を獲得することに用いられ、前記完全な誤りシンドローム情報とは前記量子回路に対してノイズがない誤りシンドローム測定を行って獲得する情報を指す。
前記第1取得ユニット1841は、前記論理誤り類に対応する第1誤り結果を取得することに用いられ、
前記第2取得ユニット1842は、前記完全な誤りシンドローム情報に対応する第2誤り結果を取得することに用いられ、
前記誤り決定ユニット1843は、前記第1誤り結果及び前記第2誤り結果にしたがって、前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられる。
サンプル量子回路に含まれる物理量子ビット上で誤りを確率的に発生させ、
前記サンプル量子回路に対応する補助量子ビット上で誤りを確率的に発生させ、前記補助量子ビットは前記サンプル量子回路の誤りシンドローム情報を測定して獲得することに用いられ、
前記サンプル量子回路に対応する固有値測定回路に含まれる制御NOTゲート上で誤りを確率的に発生させ、前記固有値測定回路はスタビライザージェネレータの固有値を測定することに用いられ、
量子誤り訂正符号を採用して前記サンプル量子回路に対して誤りシンドローム測定を行う時に測定誤りを確率的に発生させ、
前記サンプル量子回路の誤りシンドローム情報及び誤り結果情報を取得し、前記訓練データを生成する。
サンプル量子回路に対して量子プロセストモグラフィを行い、前記サンプル量子回路のノイズモデルを抽出し、
前記ノイズモデルに基づいて前記サンプル量子回路の量子状態のノイズ作用下での進化に対してシミュレーションを行い、
前記サンプル量子回路の誤りシンドローム情報及び誤り結果情報を取得し、前記訓練データを生成する。
12 黒色円
13 斜線充填
14 白色充填
21 黒色辺
22 斜線充填円部分
31 量子回路
32 希釈冷凍機
33 制御機器
33a 総合制御システム
33b 訂正モジュール
34 コンピュータ
61 シンドローム情報
62 ニューラルネットワーク復号器
81 白色点
82 黒色点
91 セグメント
101 斜線充填線分
102 黒色充填線分
111 シンドローム情報
112 ニューラルネットワーク復号器
131 黒色ドット
151 次元データ配列
152 第1復号器
153 第2復号器
1800 装置
1810 シンドローム情報取得モジュール
1812 シンドローム情報分割モジュール
1820 ブロック分割特徴抽出モジュール
1830 融合復号処理モジュール
1840 決定モジュール
1841 第1取得ユニット
1842 第2取得ユニット
1843 決定ユニット
1850 訂正信号生成モジュール
1860 訂正信号送信モジュール
2000 コンピュータ機器
2001 処理ユニット
2002 ランダムアクセスメモリ
2003 専用メモリ
2004 システムメモリ
2005 システムバス
2006 出力システム
2006 出力システム
2007 大容量記憶機器
2008 ディスプレイ
2009 入力機器
2010 入出力コントローラ
2011 ネットワークインタフェースユニット
2012 ネットワーク
2013 オペレーティングシステム
2014 アプリケーションプログラム
2015 プログラムモジュール
Claims (17)
- ニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法であって、
量子回路の誤りシンドローム情報を取得するステップであって、前記誤りシンドローム情報は量子誤り訂正符号のスタビライザージェネレータの固有値からなるデータ配列である、ステップ、
ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得するステップであって、前記ニューラルネットワーク復号器の特徴抽出層は入力データに対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、前記ブロック分割特徴抽出とは入力データに対してブロック分割を行って少なくとも2つのブロックを獲得した後、少なくとも2つの特徴抽出ユニットを採用して前記少なくとも2つのブロックに対して並列する特徴抽出処理を行うことを指す、ステップ、及び
前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得するステップであって、前記誤り結果情報は前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられる、ステップを含むニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法。 - 前記ニューラルネットワーク復号器はカスケードされたm個の特徴抽出層を含み、mは正の整数であり、
ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得する前記ステップは、
前記m個の特徴抽出層によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、前記特徴情報を獲得するステップを含み、
第1の特徴抽出層は前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、第iの特徴抽出層は1つ前の特徴抽出層の特徴抽出結果に対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、iは1より大きく且つm以下の整数である請求項1に記載の方法。 - 前記誤りシンドローム情報はT個のデータ配列を含み、各データ配列は前記量子誤り訂正符号を採用して前記量子回路に対して1回の誤りシンドローム測定を行って獲得するものであり、Tは1より大きい整数であり、
量子回路の誤りシンドローム情報を取得する前記ステップの後、
前記誤りシンドローム情報を少なくとも2つのデータユニットに分割するステップを更に含み、
1つのデータユニットは前記T個のデータ配列のうちの同じ位置にあるT個の配列ユニットを含む請求項1に記載の方法。 - 前記誤りシンドローム情報は前記量子誤り訂正符号を採用して前記量子回路に対してノイズがある誤りシンドローム測定を行って獲得する真の誤りシンドローム情報であり、前記ニューラルネットワーク復号器は第1復号器及び第2復号器を含み、
前記第1復号器は前記真の誤りシンドローム情報に対して復号を行って、前記真の誤りシンドローム情報に対応する論理誤り類を獲得することに用いられ、前記論理誤り類は前記量子回路に発生する誤りがマッピングを経た後の類であり、
前記第2復号器は前記真の誤りシンドローム情報に対して復号を行って、前記真の誤りシンドローム情報に対応する完全な誤りシンドローム情報を獲得することに用いられ、前記完全な誤りシンドローム情報とは前記量子回路に対してノイズがない誤りシンドローム測定を行って獲得する情報を指し、
前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得する前記ステップの後、
前記論理誤り類及び前記完全な誤りシンドローム情報にしたがって、前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定するステップを更に含む請求項1に記載の方法。 - 前記論理誤り類及び前記完全な誤りシンドローム情報にしたがって、前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定する前記ステップは、
前記論理誤り類に対応する第1誤り結果を取得するステップ、
前記完全な誤りシンドローム情報に対応する第2誤り結果を取得するステップ、及び
前記第1誤り結果及び前記第2誤り結果にしたがって、前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定するステップを含む請求項4に記載の方法。 - 前記論理誤り類に対応する第1誤り結果を取得する前記ステップは、
前記論理誤り類に含まれる元素の中から、任意の1つの元素を前記第1誤り結果として選択するステップを含み、
前記論理誤り類中に少なくとも1つの等価の誤り元素が含まれる請求項4に記載の方法。 - 前記完全な誤りシンドローム情報に対応する第2誤り結果を取得する前記ステップは、
マッピングテーブルを問い合わせて前記完全な誤りシンドローム情報のうちの各々の誤りシンドロームポイントにそれぞれ対応する簡単な誤りを取得するステップであって、前記マッピングテーブル中には少なくとも1組の誤りシンドロームポイントと簡単な誤りとの間のマッピング関係が含まれる、ステップ、及び
前記各々の誤りシンドロームポイントにそれぞれ対応する簡単な誤りを乗算して、前記第2誤り結果を獲得するステップを含む請求項4に記載の方法。 - 前記第1誤り結果及び前記第2誤り結果にしたがって、前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定する前記ステップは、
前記第1誤り結果と前記第2誤り結果の相乗積を計算し、前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを獲得するステップを含む請求項4に記載の方法。 - 前記第2復号器の数はkであり、kは正の整数であり且つ前記kは前記量子誤り訂正符号のスケールに関連し、
前記k個の第2復号器は前記真の誤りシンドローム情報に対してそれぞれ復号を行って、k個の完全な誤りシンドロームビットを獲得することに用いられ、
前記k個の完全な誤りシンドロームビットは統合されて前記完全な誤りシンドローム情報を獲得することに用いられる請求項4に記載の方法。 - 前記ニューラルネットワーク復号器の訓練データの生成過程は以下のとおりである:
サンプル量子回路に含まれる物理量子ビット上で誤りを確率的に発生させ、
前記サンプル量子回路に対応する補助量子ビット上で誤りを確率的に発生させ、前記補助量子ビットは前記サンプル量子回路の誤りシンドローム情報を測定して獲得することに用いられ、
前記サンプル量子回路に対応する固有値測定回路に含まれる制御NOTゲート上で誤りを確率的に発生させ、前記固有値測定回路はスタビライザージェネレータの固有値を測定することに用いられ、
量子誤り訂正符号を採用して前記サンプル量子回路に対して誤りシンドローム測定を行う時に測定誤りを確率的に発生させ、
前記サンプル量子回路の誤りシンドローム情報及び誤り結果情報を取得し、前記訓練データを生成する請求項1に記載の方法。 - 前記ニューラルネットワーク復号器の訓練データの生成過程は以下のとおりである:
サンプル量子回路に対して量子プロセストモグラフィを行い、前記サンプル量子回路のノイズモデルを抽出し、
前記ノイズモデルに基づいて前記サンプル量子回路の量子状態のノイズ作用下での進化に対してシミュレーションを行い、
前記サンプル量子回路の誤りシンドローム情報及び誤り結果情報を取得し、前記訓練データを生成する請求項1に記載の方法。 - 前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得する前記ステップの後、
前記誤り結果情報にしたがって誤り訂正制御信号を生成するステップであって、前記誤り訂正制御信号は前記量子回路に生じた誤りに対して訂正を行うことに用いられる、ステップ、及び
前記量子回路に前記誤り訂正制御信号を送信するステップを更に含む請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。 - コンピュータ機器に応用される、ニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法であって、
量子回路の誤りシンドローム情報を取得するステップであって、前記誤りシンドローム情報は量子誤り訂正符号のスタビライザージェネレータの固有値からなるデータ配列である、ステップ、
ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得するステップであって、前記ニューラルネットワーク復号器の特徴抽出層は入力データに対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、前記ブロック分割特徴抽出とは入力データに対してブロック分割を行って少なくとも2つのブロックを獲得した後、少なくとも2つの特徴抽出ユニットを採用して前記少なくとも2つのブロックに対して並列する特徴抽出処理を行うことを指す、ステップ、及び
前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得するステップであって、前記誤り結果情報は前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられる、ステップを含むニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法。 - ニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号装置であって、前記装置は、シンドローム情報取得モジュール、ブロック分割特徴抽出モジュール及び融合復号処理モジュールを含み、
前記シンドローム情報取得モジュールは、量子回路の誤りシンドローム情報を取得することに用いられ、前記誤りシンドローム情報は量子誤り訂正符号のスタビライザージェネレータの固有値からなるデータ配列であり、
前記ブロック分割特徴抽出モジュールは、ニューラルネットワーク復号器によって前記誤りシンドローム情報に対してブロック分割特徴抽出を行って、特徴情報を獲得することに用いられ、前記ニューラルネットワーク復号器の特徴抽出層は入力データに対してブロック分割特徴抽出を行うことに用いられ、前記ブロック分割特徴抽出とは入力データに対してブロック分割を行って少なくとも2つのブロックを獲得した後、少なくとも2つの特徴抽出ユニットを採用して前記少なくとも2つのブロックに対して並列する特徴抽出処理を行うことを指し、
前記融合復号処理モジュールは、前記ニューラルネットワーク復号器によって前記特徴情報に対して融合復号処理を行って、誤り結果情報を獲得することに用いられ、前記誤り結果情報は前記量子回路中に誤りが発生したデータ量子ビット及び相応の誤りのタイプを決定することに用いられるニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号装置。 - チップであって、前記チップはプログラマブル論理回路及び/又はプログラム命令を含み、前記チップはコンピュータ機器上で演算し、請求項1~12のいずれか1項に記載のニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法を実施することに用いられるチップ。
- コンピュータ機器であって、前記コンピュータ機器はプロセッサ及びメモリを含み、前記メモリ中に少なくとも1つの命令、少なくとも1つのプログラム、コードセット又は命令セットが記憶されており、前記少なくとも1つの命令、前記少なくとも1つのプログラム、前記コードセット又は命令セットは前記プロセッサがロードして実行することで、請求項1~12のいずれか1項に記載のニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法を実施するコンピュータ機器。
- コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラム中に少なくとも1つの命令、少なくとも1つのプログラム、コードセット又は命令セットが記憶されており、前記少なくとも1つの命令、前記少なくとも1つのプログラム、前記コードセット又は命令セットはプロセッサがロードして実行することで、請求項1~12のいずれか1項に記載のニューラルネットワークに基づく量子誤り訂正復号方法を実施するコンピュータプログラム。
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