猫を使った量子コンピューティング

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不機嫌そうな猫をフィーチャー

About Presenter James Weaver

IBM Quantum Developer Advocate

Java Champion

Developer / Author / Speaker

james.weaver@ibm.com
JavaFXpert.com

CulturedEar.com

歴史は繰り返す 

大きなハードウエア、制限されたリソース、ソフトウエアの黎明期

量子コンピューターは、重ね合わせ、干渉、もつれなどの量子力学的現象を直接利用して、データの操作を実行します。

古典的

コンピューター

で実現可能

量子

コンピューター

で実現可能

問題へのソリューション

なぜ量子コンピューターを使うのでしょう?

一部の問題は飛躍的に速くに解くことができます

近い将来、

量子コンピューティングが可能なドメイン 

機械学習

最適化

化学

ファイナンス

私の量子ネコはしばしば不機嫌です

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ときどき彼はじつにハッピーになります

しかし、私はその中間(ちょっと不機嫌とか)を見たことがありません

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= \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix}
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= \begin{bmatrix} 0 \\ 1 \end{bmatrix}
= \begin{bmatrix} \sqrt{\frac{1}{3}} \\ \sqrt{\frac{2}{3}} \end{bmatrix}
\sqrt{\frac{1}{3}}
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+
\sqrt{\frac{2}{3}}
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ルール 1: 重ね合わせの原理

ネコは不機嫌とハッピーのの任意の組み合わせにすることができます。

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ルール 2: ユニタリ発展(Unitary evolution)

ゲートはマトリックスでモデル化されます

X

\begin{bmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 1 \end{bmatrix}

NOT ゲート (Pauli/X, ビット反転)

不機嫌なネコをXゲートでハッピーにしましょう

After measurement

Before measurement

QiskitBlocks.org

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アダマールゲート(Hadamard gate)

同じ重ね合わせのネコを置くのに最適 (great for putting cats in equal superpositions)

H

\begin{bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{1}{\sqrt{2}} \\ \frac{1}{\sqrt{2}} & -\frac{1}{\sqrt{2}} \end{bmatrix} \cdot \begin{bmatrix} 1 \\ 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} \\ \frac{1}{\sqrt{2}} \end{bmatrix}

Hadamard gate

\sqrt{\frac{1}{2}}
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+
\sqrt{\frac{1}{2}}
\vert\space\space\space\rangle

約半分の時間で不機嫌なネコをハッピーにしましょう

After measurement

Before measurement

\sqrt{\frac{1}{3}}
\vert\space\space\space\rangle
+
\sqrt{\frac{2}{3}}
\vert\space\space\space\rangle

ルール 3: 測定(Measurement)

確率は振幅の二乗(probability is amplitude squared)

ここで見出されるのは:

\frac{1}{3}
\frac{2}{3}

不機嫌になる確率

ハッピーになる確率

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量子もつれ (Quantum entanglement )

不気味な遠隔作用spooky actions at a distance

H

Hadamard gate

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CNOT gate

\sqrt{\frac{1}{2}}
+
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
\sqrt{\frac{1}{2}}
\sqrt{\frac{1}{2}}
+
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
\sqrt{\frac{1}{2}}

Mars - ESA

Alice Cat

Bob Cat

Venus - NASA

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=
\begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \end{bmatrix}
\begin{bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{1}{\sqrt{2}} \\ \frac{1}{\sqrt{2}} & -\frac{1}{\sqrt{2}} \end{bmatrix}

もつれた Alice Cat と Bob Cat

After measurement

Before measurement

IBM量子コンピューターで実行

Qブロックを右クリックして、QASMをIBM Quantum Experience Circuit Composerに貼り付けます

IBM Q Experience Qiskit notebooks

Qiskitはオープンソースの量子コンピューティングフレームワークです

量子アプリを開発

猫を使った量子コンピューティング

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不機嫌そうな猫をフィーチャー

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