東大,量子コンピューターで強レーザー場を計算

東京大学の研究グループは,強レーザー場によって駆動される窒素分子イオンの電子波束を,変分量子回路で表現し,その時間発展を計算した(ニュースリリース)。

量子系の時間発展のシミュレーションは,量子計算を適用できる重要な問題の一つ。時間発展のシミュレーションを,最も単純な量子アルゴリズムで行なうと,シミュレーション時間の増加とともに量子回路が長くなり,現在利用可能な量子コンピューターではノイズの影響が大きくなり過ぎるため,計算結果を正しく得ることが難しい。

そのため,「如何に効率の良い,短い量子回路を構築するか」という問題と,「その量子回路を用いて計算した結果に含まれるエラーを如何に補正して,より正しい値を予測するか」という問題に指針を与えることが喫緊の課題となっていた。

研究グループは,「Qubit による応用量子化学(AQUABIT)」プロジェクトを推進し,「分子系の計算を量子コンピューターによって行なうための方法論の開発」と「量子コンピューターによる計算結果の誤り抑制による計算確度の向上」に取り組んできた。

今回の研究は,その一環として,強レーザー場によって駆動される窒素分子イオンの電子波束の時間発展を,量子コンピューターibm_kawasakiによって計算した。量子回路を少数の変分パラメーターを用いて構成し,変分パラメーターが満たすべき方程式を構築するために必要な期待値の計算を量子コンピューターによって行なった。

そして,古典コンピューターを用いて効率よく計算することができる特殊な量子回路を用いて,量子コンピューターのノイズによるエラーを見積もり,誤り抑制を行なうことによって,時間発展を定性的に再現できることを示した。

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