特開 2023-169766 量子コンピュータ活用支援システム及び量子コンピュータ活用支援方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023169766

(43)【公開日】2023-11-30

(54)【発明の名称】量子コンピュータ活用支援システム及び量子コンピュータ活用支援方法

(51)【国際特許分類】

   G06N 10/20 20220101AFI20231122BHJP

【ＦＩ】

G06N10/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022081083

(22)【出願日】2022-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 直人

(72)【発明者】

【氏名】森 拓郎

(57)【要約】

【課題】量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能とする。
【解決手段】量子コンピュータ活用支援システム１０において、処理対象の量子処理と類似する量子処理を変換前量子処理として複数特定し、それぞれに対応する変換後量子処理、量子計算機能、及び変換アルゴリズムの各情報を取得し、量子計算機能の特性に基づいて変換後量子処理を評価し、評価結果が最も良い変換後量子処理に対応する量子計算機能及び変換アルゴリズムを処理対象の量子処理に使用するものとして選択する演算装置１０４を含む構成とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

量子処理を実行するための量子計算機能、及び前記量子計算機能で実行可能な演算子、量子処理を前記演算子で構成された等価な変換後量子処理に変換する変換アルゴリズム、及び所定の量子計算機能で実行する所定の量子処理について、前記変換アルゴリズムで変換後量子処理に変換した履歴、の各情報を保持する記憶装置と、
処理対象の量子処理と類似する前記所定の量子処理を、変換前量子処理として前記履歴から複数特定し、前記複数特定した前記変換前量子処理それぞれに対応する、変換後量子処理、量子計算機能、及び変換アルゴリズム、の各情報を前記履歴から取得する処理と、前記履歴から情報を取得した量子計算機能の特性に基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価する処理と、前記評価の結果が最も良い前記変換後量子処理に対応する前記量子計算機能及び前記変換アルゴリズムを、前記処理対象の量子処理に使用するものとして選択する処理を実行する演算装置と、
を備えることを特徴とする量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項2】

前記演算装置は、
量子処理を構成する演算子の種類及び数の少なくともいずれかの観点で、前記処理対象の量子処理と類似する前記変換前量子処理を特定するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項3】

前記演算装置は、
所定のプログラムに含まれ、前記処理対象となる量子処理に関して、前記変換アルゴリズムを適用することで変換後プログラムを作成し、前記変換後プログラムにおいて、前記量子計算機能への計算依頼対象となるプログラムブロックを、計算依頼対象ブロックとして決定し、前記計算依頼対象ブロックの実行を前記量子計算機能に依頼する処理と、
前記量子計算機能から、前記計算依頼対象ブロックの実行結果を取得し、当該実行結果の評価結果に基づいて再計算の要否を判断する処理と、
をさらに実行するものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項4】

前記演算装置は、
前記量子計算機能の情報が示す、当該量子計算機能の特性情報である、前記量子処理を構成する演算子を実行した場合に発生する誤りに関する演算子誤り情報、または量子の状態を正しく維持できる時間に関する状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価するものである、
ことを特徴とする請求項３に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項5】

前記演算装置は、
前記演算子誤り情報または前記状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づき、前記変換後量子処理を実行した場合に発生する計算誤差の大きさ、及びその発生確率の少なくともいずれかを評価するものである、
ことを特徴とする請求項４に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項6】

前記演算装置は、
前記実行結果に含まれる、前記変換後量子処理の計算に要した計算時間と、前記状態維持時間情報とを比較することで、前記実行結果を評価するものである、
ことを特徴とする請求項４に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項7】

前記演算装置は、
前記処理対象の量子処理、当該量子処理に関する前記変換後量子処理、及び前記実行結
果を対応付けて記憶装置に登録し、以後の評価に用いるものである、
ことを特徴とする請求項３に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項8】

前記演算装置は、
前記量子計算機能の特性情報に含まれる、前記量子処理を構成する演算子の実行にかかる時間を表す演算子実行時間情報に基づき、前記変換後量子処理の実行にかかる想定時間を算出し、前記想定時間と前記状態維持時間情報とを比較することで前記実行結果を評価するものである、
ことを特徴とする請求項４に記載の量子コンピュータ活用支援システム。

【請求項9】

情報処理装置が、
量子処理を実行するための量子計算機能、及び前記量子計算機能で実行可能な演算子、量子処理を前記演算子で構成された等価な変換後量子処理に変換する変換アルゴリズム、及び所定の量子計算機能で実行する所定の量子処理について、前記変換アルゴリズムで変換後量子処理に変換した履歴、の各情報を記憶装置で保持し、
処理対象の量子処理と類似する前記所定の量子処理を、変換前量子処理として前記履歴から複数特定し、前記複数特定した前記変換前量子処理それぞれに対応する、変換後量子処理、量子計算機能、及び変換アルゴリズム、の各情報を前記履歴から取得する処理と、前記履歴から情報を取得した量子計算機能の特性に基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価する処理と、前記評価の結果が最も良い前記変換後量子処理に対応する前記量子計算機能及び前記変換アルゴリズムを、前記処理対象の量子処理に使用するものとして選択する処理、
を実行することを特徴とする量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項10】

前記情報処理装置が、
量子処理を構成する演算子の種類及び数の少なくともいずれかの観点で、前記処理対象の量子処理と類似する前記変換前量子処理を特定する、
ことを特徴とする請求項９に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項11】

前記情報処理装置が、
所定のプログラムに含まれ、前記処理対象となる量子処理に関して、前記変換アルゴリズムを適用することで変換後プログラムを作成し、前記変換後プログラムにおいて、前記量子計算機能への計算依頼対象となるプログラムブロックを、計算依頼対象ブロックとして決定し、前記計算依頼対象ブロックの実行を前記量子計算機能に依頼する処理と、
前記量子計算機能から、前記計算依頼対象ブロックの実行結果を取得し、当該実行結果の評価結果に基づいて再計算の要否を判断する処理と、
をさらに実行することを特徴とする請求項９に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項12】

前記情報処理装置が、
前記量子計算機能の情報が示す、当該量子計算機能の特性情報である、前記量子処理を構成する演算子を実行した場合に発生する誤りに関する演算子誤り情報、または量子の状態を正しく維持できる時間に関する状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項13】

前記情報処理装置が、
前記演算子誤り情報または前記状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づき、前記変換後量子処理を実行した場合に発生する計算誤差の大きさ、及びその発生確率の少なくともいずれかを評価する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項14】

前記情報処理装置が、
前記実行結果に含まれる、前記変換後量子処理の計算に要した計算時間と、前記状態維持時間情報とを比較することで、前記実行結果を評価する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項15】

前記情報処理装置が、
前記処理対象の量子処理、当該量子処理に関する前記変換後量子処理、及び前記実行結果を対応付けて記憶装置に登録し、以後の評価に用いる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【請求項16】

前記情報処理装置が、
前記量子計算機能の特性情報に含まれる、前記量子処理を構成する演算子の実行にかかる時間を表す演算子実行時間情報に基づき、前記変換後量子処理の実行にかかる想定時間を算出し、前記想定時間と前記状態維持時間情報とを比較することで前記実行結果を評価する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の量子コンピュータ活用支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量子コンピュータ活用支援システム及び量子コンピュータ活用支援方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、量子コンピュータの実用化が見込まれている。しかし、こうした量子コンピュータでは、物理的なノイズの影響によって量子ビットに誤りを生じうる。現段階では、この誤りを完全に訂正することは困難である。
そのため、量子コンピュータにおける計算結果が理論値とかけ離れる、すなわち忠実度が低くなる可能性がある。特に、計算結果の理論値が分かっていない場合や、当該計算結果を検算できない場合、計算結果の忠実度が低いことに誰も気がつかないまま、当該計算結果が使用される可能性がある。

【0003】

一方、量子ビットに生じる誤りの種類や大きさ（度合い）、あるいはその発生条件は、量子コンピュータの特性に依存する。例えば、誤りが発生しやすい演算子、誤りが発生しにくい演算子は、量子コンピュータごとに異なる。

【0004】

また、計算の開始から終了までに一定以上の時間がかかると、量子ビットに誤りが発生することが知られているが、その時間の長さは量子コンピュータごとに異なる。

【0005】

現状、複数の企業で異なる特性を持つ量子コンピュータの開発が進められており、それらの企業は、量子コンピュータによる量子計算機能をクラウドサービスとして提供することが見込まれる。このように、特性の異なる量子コンピュータで実装された量子計算機能が複数提供されることを想定すると、対象の量子計算処理に応じて、忠実度の高い計算結果を返す量子計算機能を選択できることが望ましい。

【0006】

上述の忠実度の取扱いに関連する従来技術としては、量子ハードウェアの忠実度を推定するための方法および装置（特許文献１参照）などが提案されている。

【0007】

この技術は、量子ゲートのセットにアクセスするステップと、前記量子ゲートのセットから量子ゲートのサブセットをサンプリングするステップであって、量子ゲートの前記サブセットが量子回路を定義する、ステップと、前記量子回路を量子システムに適用し、前記量子システムの出力情報を決定するために前記量子システム上で測定を行うステップと、前記量子システムへの前記量子回路の適用に基づいて、前記量子システムの出力情報を計算するステップと、前記量子システムの前記決定された出力情報および前記計算された出力情報に基づいて、前記量子回路の忠実度を推定するステップを含む、方法に係る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０２０－８０１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、量子計算処理は、量子ビットに対する操作を表す演算子（ゲート）の列で構成される。上述の特許文献１では、そうした演算子の実行に伴って発生する誤りを、量子コンピュータの特性として特定する技術が示されている。
当該技術を使うことで、量子計算処理を構成する演算子の種類や数から、計算結果の忠
実度を推定できる可能性がある。

【0010】

しかし、量子コンピュータによっては、特定の演算子を実行できないものもある。その場合、当該演算子が含まれる量子計算処理を、別の演算子で構成される等価な量子計算処理に変換（トランスパイル）する必要がある。

【0011】

この変換のアルゴリズムは多数存在する。よって、変換の結果得られる量子計算処理の構造は、変換アルゴリズムに依存して種々異なることになる。そして、どの変換アルゴリズムを採用すると忠実度の高い計算結果が得られる（量子計算処理に変換できる）かは自明ではない。

【0012】

つまり、ある量子計算処理が与えられた場合、量子計算機能と変換アルゴリズムを任意に選択し、実際に変換を実行してみなければ、その量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せが適切かを推定できない。

【0013】

また、アプリケーションの一部分で量子計算を使用している場合、アプリケーション全体のレスポンスタイム要件に基づいて量子計算に使える時間も限られる。そのため、あらゆる量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せを実行し、推定結果を比較評価するのは困難である。

【0014】

よって結局、数多の量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せから、適切なものを変換実行「候補」として選択する必要がある。

【0015】

また、量子計算処理を構成する演算子に基づいて導出した忠実度は、あくまで推定結果であり、実際と異なる可能性もある。よって、量子計算処理の構成に基づいて忠実度が高いと推定される量子計算機能と変換アルゴリズムを選択できたとしても、実際に忠実度の高い計算結果を得られるとは限らない。

【0016】

そこで本発明の目的は、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能とする技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決する本発明の量子コンピュータ活用支援システムは、量子処理を実行するための量子計算機能、及び前記量子計算機能で実行可能な演算子、量子処理を前記演算子で構成された等価な変換後量子処理に変換する変換アルゴリズム、及び所定の量子計算機能で実行する所定の量子処理について、前記変換アルゴリズムで変換後量子処理に変換した履歴、の各情報を保持する記憶装置と、処理対象の量子処理と類似する前記所定の量子処理を、変換前量子処理として前記履歴から複数特定し、前記複数特定した前記変換前量子処理それぞれに対応する、変換後量子処理、量子計算機能、及び変換アルゴリズム、の各情報を前記履歴から取得する処理と、前記履歴から情報を取得した量子計算機能の特性に基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価する処理と、前記評価の結果が最も良い前記変換後量子処理に対応する前記量子計算機能及び前記変換アルゴリズムを、前記処理対象の量子処理に使用するものとして選択する処理を実行する演算装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の量子コンピュータ活用支援方法は、情報処理装置が、量子処理を実行するための量子計算機能、及び前記量子計算機能で実行可能な演算子、量子処理を前記演算子で構成された等価な変換後量子処理に変換する変換アルゴリズム、及び所定の量子計算機能で実行する所定の量子処理について、前記変換アルゴリズムで変換後量子処理に変換した履歴、の各情報を記憶装置で保持して、処理対象の量子処理と類似する前記所定の量子処理を、変換前量子処理として前記履歴から複数特定し、前記複数特定した前記変換前
量子処理それぞれに対応する、変換後量子処理、量子計算機能、及び変換アルゴリズム、の各情報を前記履歴から取得する処理と、前記履歴から情報を取得した量子計算機能の特性に基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価する処理と、前記評価の結果が最も良い前記変換後量子処理に対応する前記量子計算機能及び前記変換アルゴリズムを、前記処理対象の量子処理に使用するものとして選択する処理、を実行することを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムを含むネットワーク構成図である。

【図2】本実施形態における量子プログラム実行装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図3】本実施形態における量子コンピュータ活用支援方法のフロー画面例を示す図である。

【図4】本実施形態におけるプログラムと量子処理の例を示す図である。

【図5】本実施形態における類似度の評価事例を示す図である。

【図6】本実施形態における変換アルゴリズムによる変換例を示す図である。

【図7】本実施形態における量子計算機能特性情報の構成例を示す図である。

【図8】本実施形態における量子計算機能・変換アルゴリズムの選択方法例を示す図である。

【図9】本実施形態における量子計算機能・変換アルゴリズムの選択方法例を示す図である。

【図10】本実施形態における想定時間の算出例を示す図である。

【図11】本実施形態における計算依頼対象ブロックの例を示す図である。

【図12】本実施形態における量子計算の実行結果及びその評価例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

＜ネットワーク構成＞
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システム１０を含むネットワーク構成図である。図１に示す量子コンピュータ活用支援システム１０は、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能とするコンピュータシステムである。

【0021】

本実施形態の量子コンピュータ活用支援システム１０は、図１で示すように、量子プログラム実行装置１００と、量子計算機能２００とが、インターネットなどの適宜なネットワーク１を介して通信可能に接続されることで構成されている。よって、これらを総称して量子コンピュータ活用支援システム１０としてもよい。

【0022】

本実施形態の量子プログラム実行装置１００は、実行対象となる量子プログラムに関して、使用すべき量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援する情報処理装置である。量子プログラム実行装置１００は、上述の選択で選ばれた量子計算機能２００に対して、量子プログラムを入力し、その実行結果を得ることとなる。

【0023】

一方、量子計算機能２００は、量子計算装置を運用する企業、組織等がインターネットを介して外部に提供する量子計算の機能であって、具体的には量子計算サービスの提供装
置である。
＜ハードウェア構成＞
また、本実施形態の量子プログラム実行装置１００のハードウェア構成は、図２に示す如くとなる。すなわち量子プログラム実行装置１００は、記憶装置１０１、メモリ１０３、演算装置１０４、および通信装置１０５、を備える。

【0024】

このうち記憶装置１０１は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）やハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶素子で構成される。

【0025】

また、メモリ１０３は、ＲＡＭなど揮発性記憶素子で構成される。

【0026】

また、演算装置１０４は、記憶装置１０１に保持されるプログラム１０２をメモリ１０３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行なうとともに各種判定、演算及び制御処理を行なうＣＰＵである。

【0027】

演算装置１０４によるプログラム１０２の実行で実装される機能としては、プログラム変換部１１４、プログラム実行部１１６、及び量子計算実行結果評価部１１８が該当する。 また、通信装置１０５は、ネットワーク１と接続して量子計算機能２００との通信処理を担うネットワークインターフェイスカード等を想定する。

【0028】

なお、量子プログラム実行装置１００は、ユーザからのキー入力や音声入力を受け付ける入力装置、処理データの表示を行うディスプレイ等の出力装置、を更に備えるとすれば好適である。

【0029】

また、記憶装置１０１内には、本実施形態の量子プログラム実行装置１００として必要な機能を実装する為のプログラム１０２に加えて、量子計算処理変換履歴保持部１１０、量子計算処理変換アルゴリズム保持部１１１、プログラム保持部１１２、量子計算機能特性情報保持部１１３、変換後プログラム保持部１１５、及び量子計算実行結果保持部１１７が少なくとも形成されている。

【0030】

このうち量子計算処理変換履歴保持部１１０は、演算子で構成される量子処理を、変換アルゴリズムに適用することで、量子計算機能２００で実行可能な演算子で再構成すなわち変換した履歴を保持するものである。この履歴には、変換前の量子処理、適用した変換アルゴリズム、及び変換後の量子処理と、それらの評価結果等が含まれている。

【0031】

また、量子計算処理変換アルゴリズム保持部１１１は、或る量子処理を、等価だが、構成演算子が一部又は全部異なる形態の量子処理に変換する変換アルゴリズムを保持するものである。なお、こうした変換アルゴリズム自体は、量子計算機能２００などにより、あらかじめ提供されているものとする。

【0032】

また、プログラム保持部１１２は、処理対象となる量子処理を含むプログラムが保持されているものとなる。ここで保持されるプログラムは、所定の管理者等により格納されているものとする。

【0033】

また、量子計算機能特性情報保持部１１３は、量子計算機能２００における特性情報として、状態維持時間（コヒーレンス時間）、時間経過に伴う誤り計算関数、採用可能な演算子、当該演算子での誤り情報や実行時間といった情報が保持されている。

【0034】

また、変換後プログラム保持部１１５は、変換前のプログラム（量子処理を含むもの）が変換アルゴリズムで等価に変換された、変換後のプログラムを保持するものとなる。

【0035】

また、量子計算実行結果保持部１１７は、上述の変換後のプログラムを対応する量子計算機能２００で実行された結果やその評価に関する情報を保持するものとなる。
＜フロー例＞
以下、本実施形態における量子コンピュータ活用支援方法の実際手順について図に基づき説明する。以下で説明する量子コンピュータ活用支援方法に対応する各種動作は、量子プログラム実行装置１００がメモリ等に読み出して実行するプログラムによって実現される。そして、このプログラムは、以下に説明される各種の動作を行うためのコードから構成されている。

【0036】

図３は、本実施形態における量子コンピュータ活用支援方法のフロー例を示す図である。この場合、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、今回の処理対象の量子処理（例：ユーザ指定のプログラムで、プログラム保持部１１２で保持する該当プログラムが含むもの）と類似する、過去処理対象となっていた量子処理を、量子処理を構成する演算子の種類及び数の少なくともいずれかの観点で量子計算処理変換履歴保持部１１０にて特定し、これを変換前量子処理として複数特定する（ｓ１）。

【0037】

なお、上述の処理対象の量子処理はプログラムに含まれるものとする。このプログラムの例を図４に示す。図４で例示するように、量子処理がプログラムに含まれており、また、その量子処理は演算子を組み合わせた回路形式で表現できる。

【0038】

そこで、量子処理の類似を検討する場合、図５で示す類似度の評価事例のように、量子処理を構成する演算子の種類及び数の少なくともいずれかの観点で類似判断を行うこととする。

【0039】

例えば、今回の処理対象の量子処理が、Ｈ演算子１つとＣＸ演算子２つから構成されている場合、Ｚ演算子１つとＣＸ演算子２つから構成される量子処理は、Ｈ演算子とＺ演算子が異なることで類似度は「－１」と判断される。また、Ｚ演算子２つとＹ演算子１つから構成される量子処理は、Ｚ演算子２つ、ＣＸ演算子１つ、及びＹ演算子１つが、それぞれ異なることで類似度は「－４」と判断される。量子プログラム実行装置１００は、こうした類似度の判断の結果、類似度が最大のものを変換前量子処理として特定する。

【0040】

なお、今回処理対象となっている量子処理と異なり、理論値が計算できる程度小規模であるが、演算子の種類は共通している過去処理対象の量子処理を選定するとすれば好適である。

【0041】

また、或る量子処理を、当該量子処理の構成を等価な演算子で置換することで、或る量子処理に変換する具体的な例、すなわち変換アルゴリズムによる変換例を図６に示す。

【0042】

図６では、量子ビット“ｑ１”にＨ演算子とＭ演算子が、量子ビット“ｑ２”及び“ｑ３”に、ＣＸ演算子が１つずつ配置された量子処理を、変換アルゴリズムで３パターンに変換した状況を示している。

【0043】

また、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、ｓ１で複数特定した変換前量子処理それぞれに対応する、変換後量子処理、量子計算機能、及び変換アルゴリズム、の各情報を量子計算処理変換履歴保持部１１０から取得する（ｓ２）。

【0044】

続いて、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、ｓ２で情報を取得した量子計算機能の特性すなわち量子計算機能特性情報１２５に基づいて、ｓ１で取得した変換後量子処理を評価する（ｓ３）。

【0045】

この評価は、例えば、量子計算機能特性情報１２５が示す、量子処理を構成する演算子を実行した場合に発生する誤りに関する演算子誤り情報、または量子の状態を正しく維持できる時間に関する状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づき、変換後量子処理を実行した場合に発生する計算誤差の大きさ、及びその発生確率の少なくともいずれかを評価するものである。

【0046】

図７に、本実施形態における量子計算機能特性情報１２５の構成例を示す図である。この量子計算機能特性情報１２５は、量子計算機能特性情報保持部１１３で保持、管理されている。図７で示すように、量子計算機能特性情報１２５は、量子機能たる量子計算サービスごとに、状態維持時間、時間経過による誤り計算関数、演算子、演算子誤り情報、及び演算子実行時間情報、といった値を格納したテーブルである。

【0047】

例えば、Ｈ演算子１つとＸ演算子２つから構成される量子処理が、量子計算サービス「Ａ社サービス」にて実行される場合、Ａ社サービスにおけるＨ演算子の実行時間は、「３μｓｅｃ」、Ｘ演算子の実行時間は、「４μｓｅｃ」であるため、トータルの実行時間は、３μｓｅｃ＋４μｓｅｃ×２＝１１μｓｅｃと計算できる。

【0048】

そして、量子計算機能特性情報１２５が示す、「時間経過による誤り計算関数」に、演算子誤り情報、１０μｓｅｃ（状態維持時間）、及び１１μｓｅｃ（実行時間＝計算時間）を入力して、変換後量子処理を実行した場合に発生する計算誤差の大きさ、及びその発生確率の少なくともいずれかを評価する。

【0049】

図８に、本実施形態における量子計算機能・変換アルゴリズムの選択方法例を示す図である。この場合、量子プログラム実行装置１００は、まず、誤り考慮なしの計算結果すなわち理論値を導出する。例えば、変換アルゴリズムで過去生成された、Ｈ演算子１つとＣＸ演算子２つから構成される量子処理について、誤り考慮無しでの計算結果たる行列ρを算定する。

【0050】

また、量子プログラム実行装置１００は、誤りを考慮した計算結果を導出する。例えば、変換アルゴリズムで過去生成された、Ｈ演算子１つとＣＸ演算子２つから構成される量子処理をＡ社の量子計算機能２００で実行する場合に発生する誤りとして、量子計算機能特性情報１２５から２５％の確率でパウリＺエラーが発生するとして、誤りを含めた計算結果たる行列σを算定する。

【0051】

なお、σもρも古典コンピュータで計算することが想定できるが、実機でσを取得してから、量子コンピュータの特性に基づいてσからρを逆算するとしてもよい。例えば、量子計算機機能特性情報１２５に基づいて較正行列を作成し、作成した較正行列を、量子計算機能を用いて取得したσに作用させることで、ρを得ることができる（詳細は文献（https://qiskit.org/documentation/locale/ja_JP/tutorials/noise/3_measurement_error_mitigation.html）参照）。

【0052】

また、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、忠実度の関数に上述のρ及びσを与えることで忠実度を計算し、その計算結果の値が大きいものを、好適な量子計算機能及び変換アルゴリズムであると特定する。

【0053】

また図９に示すように、計算にかかる想定時間（図１０参照）が例えば「１５μｓｅｃ」である場合、これが状態維持時間の１０μｓｅｃを超えているため、時間経過による誤りを考慮したσ＝ＤｅｃＡ(ρ,状態維持時間＝10,想定時間＝15)を計算する。そして、量子プログラム実行装置１００は、忠実度の関数に上述のρ及びσを与えることで忠実度を
計算し、その計算結果の値が大きいものを、好適な量子計算機能及び変換アルゴリズムであると特定する。

【0054】

次に、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、ｓ３での評価の結果が最も良い変換後量子処理に対応する、すなわち有効性の高い量子計算機能及び変換アルゴリズムを、今回処理対象の量子処理に使用するものとして選択する（ｓ４）。

【0055】

また、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、今回の処理対象となっているプログラムに含まれる量子処理に関して、ｓ４で選択した変換アルゴリズムを適用することで、図６で示したように変換後プログラムを作成し、これを変換後プログラム保持部１１５に格納する（ｓ５）。

【0056】

続いて、量子プログラム実行装置１００のプログラム変換部１１４は、ｓ５で得た変換後プログラムにおいて、ｓ４で選択した量子計算機能２００への計算依頼対象となるプログラムブロックを、計算依頼対象ブロック（図１１参照）として決定する（ｓ６）。

【0057】

また、量子プログラム実行装置１００のプログラム実行部１１６は、ｓ６で決定した計算依頼対象ブロックの実行を、ｓ４で選択した量子計算機能２００に依頼する（ｓ７）。

【0058】

次に、量子プログラム実行装置１００のプログラム実行部１１６は、ｓ７で依頼した量子計算機能２００から、計算依頼対象ブロックの実行結果を取得し、これを量子計算実行結果保持部１１７に格納する（ｓ８）。

【0059】

続いて、量子プログラム実行装置１００の量子計算実行結果評価部１１８は、ｓ８で量子計算機能２００から得た実行結果の評価を実行する（ｓ９）。

【0060】

この評価は、当該実行結果に含まれる、変換後量子処理の計算に要した計算時間（図１２では“２０μｓｅｃ”）と、状態維持時間情報（図１２では“１０μｓｅｃ”）とを比較することで行うものとする。

【0061】

或いは、量子計算機能特性情報が示す、量子処理を構成する演算子の実行にかかる時間を表す演算子実行時間情報に基づき、変換後量子処理の実行にかかる想定時間（図１２では“１５μｓｅｃ”）を算出し、この想定時間と状態維持時間情報（図１２では“１０μｓｅｃ”）とを比較することで当該評価を行うものとできる。

【0062】

なお、量子プログラム実行装置１００は、今回処理対象の量子処理、当該量子処理に関する変換後量子処理、及び実行結果（とその評価結果）を対応付けて、記憶装置１０１の量子計算実行結果保持部１１７に登録し、以後の評価に用いるものとする。

【0063】

また、量子プログラム実行装置１００の量子計算実行結果評価部１１８は、ｓ９での評価の結果が、計算時間（図１２では“２０μｓｅｃ”）または想定時間（図１２では“１５μｓｅｃ”）が、状態維持時間情報（図１２では“１０μｓｅｃ”）よりも短い場合、すなわち計算結果は信頼できるというものであるか否かに応じた、再計算の要否判断を実行する（ｓ１０）。

【0064】

上述の判断の結果、計算結果は信頼出来るもので再計算不要と判断した場合（ｓ１０：Ｎ）、量子プログラム実行装置１００の量子計算実行結果評価部１１８は、計算結果をプログラム実行部１１６に送信し（ｓ１１）、量子計算機能２００への処理依頼を行って本フローを終了する。

【0065】

他方、上述の判断の結果、計算結果は信頼出来るものではなく再計算要と判断した場合（ｓ１０：Ｙ）、量子プログラム実行装置１００の量子計算実行結果評価部１１８は、プログラム変換部１１４に再計算の指示を送信し（ｓ１２）、本フローを再実行することとなる。

【0066】

以上、本発明を実施するための最良の形態などについて具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【0067】

こうした本実施形態によれば、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0068】

本明細書の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。すなわち、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、量子処理を構成する演算子の種類及び数の少なくともいずれかの観点で、前記処理対象の量子処理と類似する前記変換前量子処理を特定するものである、としてもよい。

【0069】

これによれば、量子計算機能の特性が直接的に影響しやすい演算子の有無等に基づく類似判定が可能となり、より精度良好な類似判定、ひいては、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの適宜な選択を支援可能となる。

【0070】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、所定のプログラムに含まれ、前記処理対象となる量子処理に関して、前記変換アルゴリズムを適用することで変換後プログラムを作成し、前記変換後プログラムにおいて、前記量子計算機能への計算依頼対象となるプログラムブロックを、計算依頼対象ブロックとして決定し、前記計算依頼対象ブロックの実行を前記量子計算機能に依頼する処理と、前記量子計算機能から、前記計算依頼対象ブロックの実行結果を取得し、当該実行結果の評価結果に基づいて再計算の要否を判断する処理と、をさらに実行するものであるとしてもよい。

【0071】

これによれば、量子計算が含まれるプログラムについて、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0072】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、前記量子計算機能の情報が示す、当該量子計算機能の特性情報である、前記量子処理を構成する演算子を実行した場合に発生する誤りに関する演算子誤り情報、または量子の状態を正しく維持できる時間に関する状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価するものである、としてもよい。

【0073】

これによれば、変換後量子処理の評価を、より高精度に行うことが可能となる。ひいては、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0074】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、前記演算子誤り情報または前記状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づき、前記変換後量子処理を実行した場合に発生する計算誤差の大きさ、及びその発生確率の少なくともいずれかを評価するものである、としてもよい。

【0075】

これによれば、変換後量子処理の評価を、さらに高精度に行うことが可能となる。ひいては、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリ
ズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0076】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、前記実行結果に含まれる、前記変換後量子処理の計算に要した計算時間と、前記状態維持時間情報とを比較することで、前記実行結果を評価するものである、としてもよい。

【0077】

これによれば、実行結果の評価をより高精度に行うことが可能となり、ひいては、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0078】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、前記処理対象の量子処理、当該量子処理に関する前記変換後量子処理、及び前記実行結果を対応付けて記憶装置に登録し、以後の評価に用いるものである、としてもよい。

【0079】

これによれば、変換後量子処理や実行結果を適宜に蓄積し、量子計算処理にて、より忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0080】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援システムにおいて、前記演算装置は、前記量子計算機能の特性情報に含まれる、前記量子処理を構成する演算子の実行にかかる時間を表す演算子実行時間情報に基づき、前記変換後量子処理の実行にかかる想定時間を算出し、前記想定時間と前記状態維持時間情報とを比較することで前記実行結果を評価するものである、としてもよい。

【0081】

これによれば、実行結果の評価精度がさらに好適なものとなり、ひいては、量子計算処理にて忠実度の高い計算結果を得られる、量子計算機能と変換アルゴリズムの組合せの選択を支援可能となる。

【0082】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、量子処理を構成する演算子の種類及び数の少なくともいずれかの観点で、前記処理対象の量子処理と類似する前記変換前量子処理を特定する、としてもよい。

【0083】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、所定のプログラムに含まれ、前記処理対象となる量子処理に関して、前記変換アルゴリズムを適用することで変換後プログラムを作成し、前記変換後プログラムにおいて、前記量子計算機能への計算依頼対象となるプログラムブロックを、計算依頼対象ブロックとして決定し、前記計算依頼対象ブロックの実行を前記量子計算機能に依頼する処理と、前記量子計算機能から、前記計算依頼対象ブロックの実行結果を取得し、当該実行結果の評価結果に基づいて再計算の要否を判断する処理と、をさらに実行するとしてもよい。

【0084】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、前記量子計算機能の情報が示す、当該量子計算機能の特性情報である、前記量子処理を構成する演算子を実行した場合に発生する誤りに関する演算子誤り情報、または量子の状態を正しく維持できる時間に関する状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づいて、前記履歴から取得した前記変換後量子処理を評価する、としてもよい。

【0085】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、前記演算子誤り情報または前記状態維持時間情報の少なくともいずれかに基づき、前記変換後量子処理を実行した場合に発生する計算誤差の大きさ、及びその発生確率の少なくともいずれかを評価する、としてもよい。

【0086】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、前記実行結果に含まれる、前記変換後量子処理の計算に要した計算時間と、前記状態維持時間情報とを比較することで、前記実行結果を評価する、としてもよい。

【0087】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、前記処理対象の量子処理、当該量子処理に関する前記変換後量子処理、及び前記実行結果を対応付けて記憶装置に登録し、以後の評価に用いる、としてもよい。

【0088】

また、本実施形態の量子コンピュータ活用支援方法において、前記情報処理装置が、前記量子計算機能の特性情報に含まれる、前記量子処理を構成する演算子の実行にかかる時間を表す演算子実行時間情報に基づき、前記変換後量子処理の実行にかかる想定時間を算出し、前記想定時間と前記状態維持時間情報とを比較することで前記実行結果を評価する、としてもよい。

【符号の説明】

【0089】

１ ネットワーク
１０ 量子コンピュータ活用支援システム
１００ 量子プログラム実行装置（情報処理装置）
１０１ 記憶装置
１０２ プログラム
１０３ メモリ
１０４ 演算装置
１０５ 通信装置
１１０ 量子計算処理変換履歴保持部
１１１ 量子計算処理変換アルゴリズム保持部
１１２ プログラム保持部
１１３ 量子計算機能特性情報保持部
１１４ プログラム変換部
１１５ 変換後プログラム保持部
１１６ プログラム実行部
１１７ 量子計算実行結果保持部
１１８ 量子計算実行結果評価部
１２５ 量子計算機能特性情報
２００ 量子計算機能

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】