未踏ターゲット事業：2019年度採択プロジェクト概要（部谷PJ）

1．担当PM

山本直樹（慶應義塾大学量子コンピューティングセンターセンター長／理工学部物理情報工学科教授・博士（情報理工学））

2．採択者氏名

部谷謙太郎（東京大学大学院博士後期課程一年）

3．採択金額

1,000,000円

4．テーマ名

QPE-SSVQE対応を活用した新規量子アルゴリズムの探索

5．関連Webサイト

なし

6．申請テーマ概要

近年、量子計算機開発に向け、計算機工学・アルゴリズム開発の両面において発展が著しい。今後直近の未来には、古典計算機がシミュレーションできないサイズ・精度の実験系が登場し、量子化学計算・最適化・機械学習といった実社会の課題に適用されると期待されている。

本プロジェクトは、近年数多く提唱されている量子古典ハイブリッドアルゴリズムのうち、変分量子回路の最適化によって位相不敏感な部分対角化行列を導出する部分固有空間探索VQEと呼ばれる手法に着目し、その応用を目的とする。同様の対角化の量子アルゴリズムとしては、量子位相推定が知られるが、部分固有空間探索VQEはheuristicな手法である代わりにHardware efficientな形で実装可能である点で優れている。具体的には、「ランダムウォークの時間発展シミュレーションを用いた量子線形方程式ソルバーの改良」、「制御時間発展演算子を用いた時間依存遷移子強度の効率的推定」の開発等を行う。また開発した新規手法の実験実装を実施する。

7．採択理由

量子計算分野では、従来型計算機よりはるかに少ない計算量で所望のタスクを実行するための量子アルゴリズムが数多く知られている。しかし、これらは現状ないし近々実現できる小中規模の量子計算機では実行が難しい。一方で、部谷氏は最近、そのような小中規模計算機でも実行可能なアルゴリズムである部分空間変分量子シミュレータを提案した。これは、上記の理想アルゴリズムの基幹部分を近似的に実現する方法として期待されている。

本未踏ターゲットにおける提案課題は、この方法論を実際上重要な応用事例(化学シミュレーションなど)に適用し、その有用性をデモすることを目指すものである。新規性・重要性ともに高く、かつ基盤となる方法がすでに部谷氏自身によって提案されており実現性が高いという点から、採択課題として十分である。