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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=[10]
=
\begin{bmatrix}
1 \\
0
\end{bmatrix}
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=[01]
=
\begin{bmatrix}
0 \\
1
\end{bmatrix}
=3132
=
\begin{bmatrix}
\sqrt{\frac{1}{3}} \\
\sqrt{\frac{2}{3}}
\end{bmatrix}
31
\sqrt{\frac{1}{3}}
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+
+
32
\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
[0110]⋅[10]=[01]
\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
[212121−21]⋅[10]=[2121]
\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
21
\sqrt{\frac{1}{2}}
∣ ⟩
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+
+
21
\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
31
\sqrt{\frac{1}{3}}
∣ ⟩
\vert\space\space\space\rangle
+
+
32
\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:
31
\frac{1}{3}
32
\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
21
\sqrt{\frac{1}{2}}
+
+
∣ ⟩
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
∣ ⟩
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
21
\sqrt{\frac{1}{2}}
21
\sqrt{\frac{1}{2}}
+
+
∣ ⟩
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
∣ ⟩
\vert\space\space\space\space\space\space\space\rangle
21
\sqrt{\frac{1}{2}}
Mars - ESA
Alice Cat
Bob Cat
Venus - NASA
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\vert\space\space\rangle
=
=
1000000100100100
\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 & 0 \\
0 & 0 & 0 & 1 \\
0 & 0 & 1 & 0 \\
0 & 1 & 0 & 0
\end{bmatrix}
[212121−21]
\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
猫を使った量子コンピューティング ∣ ⟩ \vert\space\space\space\rangle 不機嫌そうな猫をフィーチャー @JavaFXpert