そもそも量子コンピューターを動かすのが難しく、
普通はシミュレーター環境でためすというか、
そもそも量子コンピューターには２種類あり
量子アニーリング方式は、できることが限られているし
量子ゲート方式は、今はそこまで速くない
なんてことを
基礎から応用やトレンドまで学ぶ量子コンピューティング入門セミナー
https://liberal-arts-for-tech.connpass.com/event/120222/
で聞いてきたのでメモ
量子コンピューティング入門
・自己紹介
オープンソース OpenQL Project
量子コンピューターとは
物理的な量子現象（量子状態）を計算のための情報として扱う計算機
→でも、きまりはない。勝手に思い浮かべてる
アニーリング方式（特化型）
ゲート方式（汎用型）
物理的な量子現象、量子状態というのがある。
それを計算機に使う
表現方法に、アニーリング方式とゲート方式がある
量子状態：いろんなところにある。
→ちがうデバイスを使って作ろうとしている
物理的には、いろんなのあり得る
例：イオントラップ：原子1個をレーザーでトラップする
トポロジカルナノワイヤー：マイクロソフト→発展途上
セミコンダクター くうぉんたむ どっと：半導体に不純物→量子状態として動く
NVセンター ダイヤモンド：ダイアモンドの中に窒素（N) 空洞（V)を作る
フォトンレーザー：光子１個分
スーパーコンダクティング＝超電導→一番ポピュラー
アニーリング型とゲート型：できることが違う
アニーリング型：組み合わせ最適化
ゲート型：理論上、すべての計算（古典コンピューターの上位互換）
→全く違うもの
暗号解読に役に立つのは、ゲート方式
断熱量子計算機まで量子アニーリング式が進化すれば、ゲート方式になる可能性がある
→可能性だけね・・・
アニーリングは超電導とレーザーしかない（超電導、レーザーはゲートも作れる）
それ以外は基本的ゲート型。世界的にはゲート型
アニーリングをやっているのは
スーパーコンダクティングは、D-Waveが量子アニーリングしてる
QNNはレーザー
→記者が間違えている。メーカーはそのへん、ちゃんと出してる。
量子コンピューター：アルゴリズムを動かせば早くなる（ステップ短い）
今の粒子コンピューターは、ほぼほぼたいしたことない。
みんなが量子コンピューターとおもっているのは、無冷媒希釈「冷凍機」
その先っぽにあるのが、量子コンピューター：めちゃめちゃ、温度冷やす→超電導
外からの信号入れる（パルス電流）ので、シャンデリアみたいになっている
回路２マイクロメートル：量子ビット
●どんなところが、量子コンピューターやってるの？
カオスマップ：日本は富士通ぐらい、アニーリングは一部
重要企業は、マイクロソフト、IBM、グーグル
IBM Q：無償でクラウド提供
→量子コンピューターを提供しているのはIBMだけ
Google：高精度な量子コンピューター ７２ビット（大規模）を作っている
→なかなかリリースできていない：これがでたらやばい
マイクロソフト：フルスタックソリューション
チップ・アプリ・応用：ナノワイヤー できれば高性能（論文は出てる）
ソフトウェア：各社
Cirq（さーく）
IBM QISKit
マイクロソフト： Q# →Visual Studio Codeで動く
●世界の動向
日本：大学がハード（国の予算：Q-LEAP きゅーりーぷ JST主導、超電導型）
日本はアニーリングもしている：理論を作った
かなだ：D-Wave：アニーリング ハードを作った。
US:ベンチャー
中国：通信
オーストラリア：半導体
ヨーロッパ：いろいろ
●いまの量子コンピューターは、
コンピューターのENIACに似たような感じ
●量子コンピューターを使うためのソフトウェア構造
ファームウェア：アセンブリ：アプリケーション
PC 量子プログラミングは作れる→クラウドを介して動かす
マイクロソフトはシミュレーターを提供
→お勉強はできる
アセンブリレベ（QASM)ルの技術で書くことは
コンパイラ＝さかん、物理が得意な人が作ろうとしている
→ヨーロッパは融合できている。日本は今から
QASM：いろいろ提案
●量子アセンブリ言語
命令は３つ（OPENQASM(おーぷんかすむ）で定義されているのは）
ライブラリはある。
QISKit
PyQuil
QuTip
ProjectQ
Cirq
Q#
量子化学計算、最適化問題のライブラリはある
●やるには
・ライブラリを入れる→クラウドの先に計算できる
真似事はできる（シミュレーター）
・ディープラーニングの量子計算→ビジネスは疑問、研究では有望
やってますって、いっちゃう人が多い
宣言した人に乗っかる
GPUを量子コンピューターにする？テンソルフロー
やってみないとわからない
リスク：量子コンピューターが動かない。ソフトがGPUに勝てない
くおんたむ すぷれーましーSupremasy)スパコンを超える
●量子計算の裏側
シュレージンガー方程式
量子：波と量子の性質 量子の運動を記述するための方程式
量子状態→運動方程式で書く：時間を分割→ユニタリオペレーターを掛けていく
これを利用する
量子ゲート回路図
オペレーションは、波長で操作する
量子計算は、複素行列の演算として扱える
手順は４つ
１．量子ビットを用意して初期化する
２．ユニタリ行列で記述する
３．ユニタリ行列を量子ビットに作用する
４．測定する
ゲートは行列で書ける
１．量子ビットを用意しましょう
複素ベクトルを用意する：ケットベクトルと呼ぶ→１量子ビットはぶろっふぉ球であらわす
N量子
２のN乗の複素確率で表す
２量子ビット ００ ０１ １０ １１ の複素確率で表せる
→確率：たすと１
複素確率：
ユニタリ行列：球面上の任意の点に移していく
基本セット→任意回転
行列の掛け算がアセンブリ（３つの行列）
次々に→普通の行列
並んでいる→テンソル積
測定：係数→複素確率
測定すると、状態が１つになる：どっちかの答えが出る。何回かやるとパーセントが分かる
高確率になるような計算をさせる
どこかの状態になります。：射影で求める→長さの比 が確率
→射影にも軸がある
●GPUのほうが早くない？
・量子重ね合わせ状態が作れる。
・エンタングルメント：量子もつれ
積情報では表せない状態：積状態 エンタングルメント状態と積状態がある
アルゴリズム
・量子コンピューターを量子コンピューターらしく使う
Quantum Algorithm Zooというところにアルゴリズムがある
今
NISQ：ノイズあって中規模
量子・古典コンピューター
アルゴリズム３つの潮流
ショアに続く素晴らしアルゴリズム
NISQハイブリッド
Quantum Spremacy
Groverのアルゴリズム、SWAP Test
周期性を見つける：波の周期が図れれば計算できる
量子化学計算：分子の軌道 VQEで量子科学計算を行う→シュレーディンガー方程式の実験機
・OpenQLの紹介
普通はシミュレーター環境でためすというか、
そもそも量子コンピューターには２種類あり
量子アニーリング方式は、できることが限られているし
量子ゲート方式は、今はそこまで速くない
なんてことを
基礎から応用やトレンドまで学ぶ量子コンピューティング入門セミナー
https://liberal-arts-for-tech.connpass.com/event/120222/
で聞いてきたのでメモ
量子コンピューティング入門
・自己紹介
オープンソース OpenQL Project
量子コンピューターとは
物理的な量子現象（量子状態）を計算のための情報として扱う計算機
→でも、きまりはない。勝手に思い浮かべてる
アニーリング方式（特化型）
ゲート方式（汎用型）
物理的な量子現象、量子状態というのがある。
それを計算機に使う
表現方法に、アニーリング方式とゲート方式がある
量子状態：いろんなところにある。
→ちがうデバイスを使って作ろうとしている
物理的には、いろんなのあり得る
例：イオントラップ：原子1個をレーザーでトラップする
トポロジカルナノワイヤー：マイクロソフト→発展途上
セミコンダクター くうぉんたむ どっと：半導体に不純物→量子状態として動く
NVセンター ダイヤモンド：ダイアモンドの中に窒素（N) 空洞（V)を作る
フォトンレーザー：光子１個分
スーパーコンダクティング＝超電導→一番ポピュラー
アニーリング型とゲート型：できることが違う
アニーリング型：組み合わせ最適化
ゲート型：理論上、すべての計算（古典コンピューターの上位互換）
→全く違うもの
暗号解読に役に立つのは、ゲート方式
断熱量子計算機まで量子アニーリング式が進化すれば、ゲート方式になる可能性がある
→可能性だけね・・・
アニーリングは超電導とレーザーしかない（超電導、レーザーはゲートも作れる）
それ以外は基本的ゲート型。世界的にはゲート型
アニーリングをやっているのは
スーパーコンダクティングは、D-Waveが量子アニーリングしてる
QNNはレーザー
→記者が間違えている。メーカーはそのへん、ちゃんと出してる。
量子コンピューター：アルゴリズムを動かせば早くなる（ステップ短い）
今の粒子コンピューターは、ほぼほぼたいしたことない。
みんなが量子コンピューターとおもっているのは、無冷媒希釈「冷凍機」
その先っぽにあるのが、量子コンピューター：めちゃめちゃ、温度冷やす→超電導
外からの信号入れる（パルス電流）ので、シャンデリアみたいになっている
回路２マイクロメートル：量子ビット
●どんなところが、量子コンピューターやってるの？
カオスマップ：日本は富士通ぐらい、アニーリングは一部
重要企業は、マイクロソフト、IBM、グーグル
IBM Q：無償でクラウド提供
→量子コンピューターを提供しているのはIBMだけ
Google：高精度な量子コンピューター ７２ビット（大規模）を作っている
→なかなかリリースできていない：これがでたらやばい
マイクロソフト：フルスタックソリューション
チップ・アプリ・応用：ナノワイヤー できれば高性能（論文は出てる）
ソフトウェア：各社
Cirq（さーく）
IBM QISKit
マイクロソフト： Q# →Visual Studio Codeで動く
●世界の動向
日本：大学がハード（国の予算：Q-LEAP きゅーりーぷ JST主導、超電導型）
日本はアニーリングもしている：理論を作った
かなだ：D-Wave：アニーリング ハードを作った。
US:ベンチャー
中国：通信
オーストラリア：半導体
ヨーロッパ：いろいろ
●いまの量子コンピューターは、
コンピューターのENIACに似たような感じ
●量子コンピューターを使うためのソフトウェア構造
ファームウェア：アセンブリ：アプリケーション
PC 量子プログラミングは作れる→クラウドを介して動かす
マイクロソフトはシミュレーターを提供
→お勉強はできる
アセンブリレベ（QASM)ルの技術で書くことは
コンパイラ＝さかん、物理が得意な人が作ろうとしている
→ヨーロッパは融合できている。日本は今から
QASM：いろいろ提案
●量子アセンブリ言語
命令は３つ（OPENQASM(おーぷんかすむ）で定義されているのは）
ライブラリはある。
QISKit
PyQuil
QuTip
ProjectQ
Cirq
Q#
量子化学計算、最適化問題のライブラリはある
●やるには
・ライブラリを入れる→クラウドの先に計算できる
真似事はできる（シミュレーター）
・ディープラーニングの量子計算→ビジネスは疑問、研究では有望
やってますって、いっちゃう人が多い
宣言した人に乗っかる
GPUを量子コンピューターにする？テンソルフロー
やってみないとわからない
リスク：量子コンピューターが動かない。ソフトがGPUに勝てない
くおんたむ すぷれーましーSupremasy)スパコンを超える
●量子計算の裏側
シュレージンガー方程式
量子：波と量子の性質 量子の運動を記述するための方程式
量子状態→運動方程式で書く：時間を分割→ユニタリオペレーターを掛けていく
これを利用する
量子ゲート回路図
オペレーションは、波長で操作する
量子計算は、複素行列の演算として扱える
手順は４つ
１．量子ビットを用意して初期化する
２．ユニタリ行列で記述する
３．ユニタリ行列を量子ビットに作用する
４．測定する
ゲートは行列で書ける
１．量子ビットを用意しましょう
複素ベクトルを用意する：ケットベクトルと呼ぶ→１量子ビットはぶろっふぉ球であらわす
N量子
２のN乗の複素確率で表す
２量子ビット ００ ０１ １０ １１ の複素確率で表せる
→確率：たすと１
複素確率：
ユニタリ行列：球面上の任意の点に移していく
基本セット→任意回転
行列の掛け算がアセンブリ（３つの行列）
次々に→普通の行列
並んでいる→テンソル積
測定：係数→複素確率
測定すると、状態が１つになる：どっちかの答えが出る。何回かやるとパーセントが分かる
高確率になるような計算をさせる
どこかの状態になります。：射影で求める→長さの比 が確率
→射影にも軸がある
●GPUのほうが早くない？
・量子重ね合わせ状態が作れる。
・エンタングルメント：量子もつれ
積情報では表せない状態：積状態 エンタングルメント状態と積状態がある
アルゴリズム
・量子コンピューターを量子コンピューターらしく使う
Quantum Algorithm Zooというところにアルゴリズムがある
今
NISQ：ノイズあって中規模
量子・古典コンピューター
アルゴリズム３つの潮流
ショアに続く素晴らしアルゴリズム
NISQハイブリッド
Quantum Spremacy
Groverのアルゴリズム、SWAP Test
周期性を見つける：波の周期が図れれば計算できる
量子化学計算：分子の軌道 VQEで量子科学計算を行う→シュレーディンガー方程式の実験機
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