特許 7570639 情報処理装置、シミュレート方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-11

(45)【発行日】2024-10-22

(54)【発明の名称】情報処理装置、シミュレート方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G06N 10/00 20220101AFI20241015BHJP

【ＦＩ】

G06N10/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021118023

(22)【出願日】2021-07-16

(65)【公開番号】P2023013672

(43)【公開日】2023-01-26

【審査請求日】2023-10-04

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度 国立研究開発法人科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 ＥＲＡＴＯ中村巨視的量子機械プロジェクト、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】110004381

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＴＯＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124844

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 隆治

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 泰成

(72)【発明者】

【氏名】中村 泰信

【審査官】福西 章人

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００４９４９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３４７５７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０２０－５３４６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５２１２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１５９９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｎ ３／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クリフォード回路をシミュレートするための情報処理装置であって、
入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」の命令の連続性を向上させるように、前記量子回路を更新する量子回路更新部と、
更新された前記量子回路に基づいて、スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートするシミュレート部と、を備える、
情報処理装置。

【請求項2】

前記シミュレート部は、更新された前記量子回路に含まれる命令が「測定」の際にはＲｏｗ－ｍａｊｏｒ、「操作」の際にはＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒになるように、前記スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートする、
請求項１に記載の情報処理装置。

【請求項3】

前記量子回路更新部は、貪欲法による最適化手法を用いて、「測定」と「操作」がそれぞれできるだけ連続的に配置されるように、前記量子回路を更新する、
請求項１または２に記載の情報処理装置。

【請求項4】

クリフォード回路をシミュレートするための情報処理装置が実行するシミュレート方法であって、
入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」の命令の連続性を向上させるように、前記量子回路を更新するステップと、
更新された前記量子回路に基づいて、スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートするステップと、を備える、
シミュレート方法。

【請求項5】

コンピュータを、請求項１から３のいずれか１項に記載の情報処理装置における各部として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、情報処理装置、シミュレート方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

量子計算機は量子ビットと呼ばれる基本要素からなる計算機である。量子計算機は様々な計算タスクを従来の計算機に比べ大幅に高速に計算できるため、現在大きな注目を集めるとともに、盛んに開発が進んでいる。量子計算の計算タスクは、「量子回路」と呼ばれる、論理回路を模した形式で表現される（非特許文献１）。量子計算でどのような計算タスクが高速に行えるかを調査するには、量子計算の振る舞いを通常の計算機で模倣する、量子回路のシミュレータが重要な道具となる。しかし、量子計算機がいくつかのタスクで通常の計算機に比べ大幅に高速であるという事実は、「量子計算機のシミュレート」というタスクは通常の計算機にとって非常に時間のかかるタスクであることをも意味しており、１００量子ビットを超える一般の量子回路を現実的な時間でシミュレートすることは不可能であるとされている（非特許文献２）。

【0003】

量子計算機で実行する命令は、「操作」と「測定」の二種類に分けられる。操作は量子ビットの状態を変更する命令であり、測定は量子ビットを測定し測定結果として通常のビットを得る命令である。従って、シミュレータは、シミュレーションの結果として、「測定」の命令数と同じ数の通常のビット列を出力することができる。

【0004】

操作は「ユニタリ群」と呼ばれる数学的な集合の要素と対応付けることができる。また、測定は「パウリ群」という集合の要素に対応付けることができる。これらすべての命令を高速にシミュレートすることは前述の通り難しいが、操作の集合が「ユニタリ群」からその部分集合である「クリフォード群」に限定されると、通常の計算機でも高速に量子計算機の振る舞いがシミュレートできることが知られている（非特許文献３、非特許文献４）。このように、操作がクリフォード群に限定された量子回路は「クリフォード回路」と呼ばれる。従って、量子計算機でシミュレートを行いたい計算タスクの量子回路がクリフォード回路であるケースは、上記のアルゴリズムを用いて高速にシミュレートができる。また、クリフォード回路をシミュレートする方法は手法で使われる要素の名前から「スタビライザーシミュレータ」と呼ばれる。

【0005】

現在応用が期待されている「変分法」や、量子計算の持つ誤りを大幅に削減する「誤り訂正符号」といったモジュールでは、「クリフォード群」の操作が支配的である状況を自然に考えることができる。従って、こうしたアルゴリズムや手法の研究では、スタビライザーシミュレータがしばしば使われる。

【0006】

以下に、既存のスタビライザーシミュレータの仕組みを示す。量子計算の単位要素である「量子ビット」がｎ個で構成されるタスクをシミュレートするケースを考える。既存のスタビライザーシミュレータはシミュレーション中、「スタビライザーテーブル」と呼ばれる、「高さ２ｎ、幅ｎ」の、合計２ｎ^２の要素からなるテーブルを保持する。ここで、各要素は［Ｉ，Ｘ，Ｙ，Ｚ］の四種類の文字のうちどれか一つであり、２ｂｉｔで表現できる。通常のスタビライザーシミュレータでは、「操作」ではこのテーブルの特定の列を更新し、「測定」では主として行の更新を行うことで量子計算のタスクのシミュレートを行うことができる。

【0007】

通常の計算機のメモリでは、データは一次元的に並べられ、連続的な読み出しや書き込みは、不連続なものに比べて大幅に高速であることが知られている。従って、上記のシミュレートを高速に行うには、操作によって更新される値はメモリ上にできる限り連続的に並んでいることが望ましい。スタビライザーテーブルのうち、行を連続的に並べる配置をＲｏｗ－ｍａｊｏｒ、列を連続的に並べる配置をＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒと呼ぶ。Ｒｏｗ－ｍａｊｏｒの配置では「測定」を高速に行うことができ、Ｃｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒの方式では「操作」を高速に行うことができる。既存のスタビライザーシミュレータのライブラリでは、数学的な記述がＲｏｗ－ｍａｊｏｒで行うことが自然であるから、しばしばＲｏｗ－ｍａｊｏｒで実装されている（非特許文献５、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【文献】Learn Quantum Computation using Qiskit，［ｏｎｌｉｎｅ］，インターネット＜ＵＲＬ：https://qiskit.org/textbook/ch-states/introduction.html＞

【文献】Arute, Frank, et al. "Quantum supremacy using a programmable superconducting processor." Nature 574.7779 (2019): 505-510.

【文献】Gottesman, Daniel. "The Heisenberg representation of quantum computers." arXiv preprint quant-ph/9807006 (1998).

【文献】Aaronson, Scott, and Daniel Gottesman. "Improved simulation of stabilizer circuits." Physical Review A 70.5 (2004): 052328.

【文献】CNOT-Hadamard-Phase，［ｏｎｌｉｎｅ］，インターネット＜ＵＲＬ：https://www.scottaaronson.com/chp/＞

【文献】Python CHP Stabilizer Simulator，［ｏｎｌｉｎｅ］，インターネット＜ＵＲＬ：https://github.com/Strilanc/python-chp-stabilizer-simulator＞

【文献】chp-sim，［ｏｎｌｉｎｅ］，インターネット＜ＵＲＬ：https://github.com/qsharp-community/chp-sim＞

【文献】Qiskit，［ｏｎｌｉｎｅ］，インターネット＜ＵＲＬ：https://qiskit.org/＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、量子計算機の開発が進むにつれ、シミュレートしようとするアルゴリズムやモジュールの規模が大きくなり、スタビライザーシミュレータであっても十分な速度でのシミュレートが困難な状況になっている。このため、より高速に量子回路をシミュレートする方法が求められている。

【0010】

開示の技術は、量子回路のシミュレーションを高速化させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

開示の技術は、クリフォード回路をシミュレートするための情報処理装置であって、入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」の命令の連続性を向上させるように、前記量子回路を更新する量子回路更新部と、更新された前記量子回路に基づいて、スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートするシミュレート部と、を備える情報処理装置である。

【発明の効果】

【0012】

開示の技術によれば、量子回路のシミュレーションを高速化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】情報処理装置の機能構成例を示す図である。

【図2】スタビライザーテーブルの一例を示す図である。

【図3】全体処理の流れの一例を示す図である。

【図4】量子回路更新処理の流れの一例を示す図である。

【図5】ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数の処理の流れの一例を示す図である。

【図6】シミュレート処理の流れの一例を示す図である。

【図7】コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

【0015】

（情報処理装置の概要）
本実施の形態に係る情報処理装置は、クリフォード回路をシミュレートするための装置である。クリフォード回路は、操作がクリフォード群に限定された量子回路である。クリフォード回路は、操作と測定の命令が並んだ一次元的な列で表現される。

【0016】

具体的には、情報処理装置は、入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」がそれぞれできるだけ連続的に配置されるように、すなわち「測定」と「操作」の命令の連続性を向上させるように、量子回路を更新する。そして、情報処理装置は、更新された量子回路について、「測定」の際にはＲｏｗ－ｍａｊｏｒ、「操作」の際にはＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒになるようにスタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートする。

【0017】

（情報処理装置の機能構成例）
図１は、情報処理装置の機能構成例を示す図である。情報処理装置１０は、量子回路更新部１１と、シミュレート部１２と、スタビライザーテーブル記憶部１３と、を備える。

【0018】

量子回路更新部１１は、入力された量子回路Ｏに含まれる命令［ｏ_１，ｏ_２，・・・，ｏ_ｎ］のうち、「測定」と「操作」がそれぞれできるだけ連続的に配置されるように、量子回路Ｏを更新する。

【0019】

シミュレート部１２は、スタビライザーテーブルを使用して、更新された量子回路Ｔをシミュレートして、測定値ｍを示すデータを出力する。このとき、シミュレート部１２は、「測定」の際にはＲｏｗ－ｍａｊｏｒ、「操作」の際にはＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒになるようにスタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートする。

【0020】

スタビライザーテーブル記憶部１３は、シミュレートに使用するスタビライザーテーブルを記憶する。

【0021】

（スタビライザーテーブルの例）
図２は、スタビライザーテーブルの一例を示す図である。スタビライザーテーブルは、従来のスタビライザーシミュレータと同様に、ｎ行、２ｎ列の合計２ｎ^２の要素からなるテーブルである。ここで、各要素は、例えば［Ｉ，Ｘ，Ｙ，Ｚ］の四種類の文字のうちどれか一つであり、２ｂｉｔで表現される。また、シミュレート部１２は、従来のスタビライザーシミュレータと同様に、「操作」ではスタビライザーテーブルの特定の列を更新し、「測定」では主として行の更新を行うことで量子計算のタスクのシミュレートを行う。

【0022】

初期状態では、スタビライザーテーブルは、メモリ上にＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒの配置となっている。Ｃｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒは、メモリ上に列の要素が連続する配置であって、図２に示される要素が、ｄ_１，１，ｄ_２，１，ｄ_３，１，・・・，ｄ_２ｎ，１，ｄ_１，２，ｄ_２，２，ｄ_３，２，・・・，ｄ_２ｎ，２，ｄ_１，３，ｄ_２，３，ｄ_３，３，・・・，ｄ_２ｎ，３，・・・，ｄ_１，ｎ，ｄ_２，ｎ，ｄ_３，ｎ，・・・，ｄ_２ｎ，ｎのように連続する配置である。

【0023】

シミュレート部１２は、「測定」の処理をシミュレートする際には、スタビライザーテーブルがＲｏｗ－ｍａｊｏｒの配置となるように、メモリ上の配置を変更する。Ｒｏｗ－ｍａｊｏｒは、メモリ上に行の要素が連続する配置であって、図２に示される要素が、ｄ_１，１，ｄ_１，２，ｄ_１，３，・・・，ｄ_１，ｎ，ｄ_２，１，ｄ_２，２，ｄ_２，３，・・・，ｄ_２，ｎ，ｄ_３，１，ｄ_３，２，ｄ_３，３，・・・，ｄ_３，ｎ，・・・，ｄ_２ｎ，１，ｄ_２ｎ，２，ｄ_２ｎ，３，・・・，ｄ_２ｎ，ｎのように連続する配置である。

【0024】

（情報処理装置の動作）
次に、情報処理装置１０の動作について、図面を参照して説明する。

【0025】

図３は、全体処理の流れの一例を示す図である。情報処理装置１０は、ユーザの操作等によって量子回路Ｏの入力を受けると、全体処理を実行する。全体処理を開始すると、量子回路更新部１１は、量子回路更新処理を実行する（ステップＳ１）。次に、シミュレート部１２は、更新された量子回路に基づくシミュレート処理を実行する（ステップＳ２）。

【0026】

図４は、量子回路更新処理の流れの一例を示す図である。図３のステップＳ１に示される量子回路更新処理を開始すると、量子回路更新部１１は、変数ｓを０，変数ｉを１，更新後の量子回路Ｔを［］にそれぞれ初期化する（ステップＳ１１）。

【0027】

次に、量子回路更新部１１は、ｉ＝ｎであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。量子回路更新部１１は、ｉ＝ｎでないと判定すると（ステップＳ１２：ＮＯ）、Ｏ，ｏにｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ（ｓ，Ｏ）の実行結果を代入する（ステップＳ１３）。ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数は、ｓが０の場合には「操作」の命令を抽出し、ｓが１の場合には「測定」の命令を抽出する関数である。ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数の詳細については後述する。

【0028】

次に、量子回路更新部１１は、ｏ＝Ｎｏｎｅであるか否かを判定する（ステップＳ１４）。量子回路更新部１１は、ｏ＝Ｎｏｎｅでないと判定すると（ステップＳ１４：ＮＯ）、ＴにＴ＋［ｏ］を代入する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、ステップＳ１３で削除された命令ｏが、要素列の一番後ろに追加されるため、これによって命令の順番が入れ替わる。

【0029】

次に、量子回路更新部１１は、ｉにｉ＋１を代入し（ステップＳ１６）、ステップＳ１３の処理に戻る。

【0030】

ステップＳ１４において、量子回路更新部１１は、ｏ＝Ｎｏｎｅであると判定すると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ｓに１－ｓを代入し（ステップＳ１７）、ステップＳ１３の処理に戻る。このステップＳ１７によって、量子回路更新部１１は、「操作」の命令をまとめるための処理と「測定」の命令をまとめるための処理と、を切り替える。

【0031】

ステップＳ１２において、量子回路更新部１１は、ｉ＝ｎであると判定すると（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、更新された量子回路Ｔを出力する（ステップＳ１８）。

【0032】

図５は、ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数の処理の流れの一例を示す図である。入力される量子回路Ｏ＝［ｏ_１，ｏ_２，・・・，ｏ_ｍ］とする。なお、量子回路Ｏは、後述する処理によって抽出された命令が削除されている場合があるため、ｍは１以上ｎ以下の数となっている。また、ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数の開始時には、ｉ＝１とする。

【0033】

量子回路更新部１１は、ｉ＝ｍであるか否かを判定する（ステップＳ１３０１）。量子回路更新部１１は、ｉ＝ｍであると判定すると（ステップＳ１３０１：ＹＥＳ）、Ｏ，Ｎｏｎｅを返却して（ステップＳ１３０２）、ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数の処理を終了する。

【0034】

また、量子回路更新部１１は、ｉ＝ｍでないと判定すると（ステップＳ１３０１：ＮＯ）、ｓ＝０であるか否かを判定する（ステップＳ１３０３）。量子回路更新部１１は、ｓ＝０であると判定すると（ステップＳ１３０３：ＹＥＳ）、命令ｏ_ｉが操作であるか否かを判定する（ステップＳ１３０４）。

【0035】

量子回路更新部１１は、命令ｏ_ｉが操作であると判定すると（ステップＳ１３０４：ＹＥＳ）、変数ｊに１を代入し（ステップＳ１３０６）、命令ｏ_ｉと命令ｏ_ｊが置換可能であるか否かを判定する（ステップＳ１３０７）。

【0036】

なお、量子回路がクリフォード回路の場合は、命令の種類が限られていることから、命令が置換可能であるか否かを容易に判定できることが知られている。

【0037】

また、ステップＳ１３０４の処理において、量子回路更新部１１は、命令ｏ_ｉが操作でないと判定すると（ステップＳ１３０４：ＮＯ）、ｉにｉ＋１を代入して（ステップＳ１３０８）、ステップＳ１３０１の処理に戻る。

【0038】

また、ステップＳ１３０３の処理において、量子回路更新部１１は、ｓ＝０でないと判定すると（ステップＳ１３０３：ＮＯ）、命令ｏ_ｉが測定であるか否かを判定する（ステップＳ１３０５）。量子回路更新部１１は、命令ｏ_ｉが測定であると判定すると（ステップＳ１３０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１３０６の処理に進む。

【0039】

量子回路更新部１１は、命令ｏ_ｉが測定でないと判定すると（ステップＳ１３０５：ＮＯ）、ステップＳ１３０８の処理に進む。

【0040】

量子回路更新部１１は、命令ｏ_ｉと命令ｏ_ｊが置換可能でないと判定すると（ステップＳ１３０７：ＮＯ）、ステップＳ１３０８の処理に進む。

【0041】

量子回路更新部１１は、命令ｏ_ｉと命令ｏ_ｊが置換可能であると判定すると（ステップＳ１３０７：ＹＥＳ）、ｊ＝ｉであるか否かを判定する（ステップＳ１３０９）。量子回路更新部１１は、ｊ＝ｉでないと判定すると（ステップＳ１３０９：ＮＯ）、ｊにｊ＋１を代入して（ステップＳ１３１０）、ステップＳ１３０７の処理に戻る。

【0042】

量子回路更新部１１は、ｊ＝ｉであると判定すると（ステップＳ１３０９：ＹＥＳ）、量子回路Ｏから命令ｏ_ｉを削除する（ステップＳ１３１１）。そして、量子回路更新部１１は、量子回路Ｏと命令ｏ_ｉを返却して（ステップＳ１３１２）、ｐｏｐ＿ｎｅｘｔ＿ｏｐｅｒａｔｉｏｎ関数の処理を終了する。

【0043】

図６は、シミュレート処理の流れの一例を示す図である。図３のステップＳ２に示されるシミュレート処理を開始すると、シミュレート部１２は、変数ｓを０，変数ｉを１，出力する測定値ｍを［］にそれぞれ初期化する（ステップＳ２０１）。

【0044】

シミュレート部１２は、ｓ＝０であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。シミュレート部１２は、ｓ＝０であると判定すると（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、命令ｏ_ｉが操作であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。そして、シミュレート部１２は、命令ｏ_ｉが操作であると判定すると（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、命令ｏ_ｉをシミュレートする（ステップＳ２０５）。続いて、シミュレート部１２は、変数ｉにｉ＋１を代入して（ステップＳ２０６）、ステップＳ２１２の処理に進む。

【0045】

ステップＳ２０３の処理において、シミュレート部１２は、命令ｏ_ｉが操作でないと判定すると（ステップＳ２０３：ＮＯ）、メモリ上の配置について、スタビライザーテーブルの列と行を入れ替える（ステップＳ２１０）。すなわち、シミュレート部１２は、メモリ上の配置がＲｏｗ－ｍａｊｏｒの配置であった場合にはＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒの配置に変更し、メモリ上の配置がＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒの配置であった場合には、Ｒｏｗ－ｍａｊｏｒの配置に変更する。

【0046】

そして、シミュレート部１２は、変数ｓに１－ｓを代入して（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０２の処理に戻る。

【0047】

また、シミュレート部１２は、ステップＳ２０２の処理において、ｓ＝０でないと判定すると（ステップＳ２０２：ＮＯ）、命令ｏ_ｉが測定であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。そして、シミュレート部１２は、命令ｏ_ｉが測定であると判定すると（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、命令ｏ_ｉを測定して、個別の測定値ｖを得て（ステップＳ２０７）、全体の測定値ｍにｍ＋［ｖ］を代入する（ステップＳ２０８）。続いて、シミュレート部１２は、変数ｉにｉ＋１を代入して（ステップＳ２０９）、ステップＳ２１２の処理に進む。

【0048】

シミュレート部１２は、ステップＳ２０４の処理において、命令ｏ_ｉが測定でないと判定すると（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ステップＳ２１０の処理に進む。

【0049】

ステップＳ２１２の処理において、シミュレート部１２は、ｉ＝ｎであるか否かを判定する（ステップＳ２１２）。シミュレート部１２は、ｉ＝ｎでないと判定すると（ステップＳ２１２：ＮＯ）、ステップＳ２０２の処理に戻る。

【0050】

シミュレート部１２は、ｉ＝ｎであると判定すると（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、測定値ｍを出力する（ステップＳ２１３）。

【0051】

（本実施の形態に係るハードウェア構成例）
情報処理装置１０は、例えば、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。なお、この「コンピュータ」は、物理マシンであってもよいし、クラウド上の仮想マシンであってもよい。仮想マシンを使用する場合、ここで説明する「ハードウェア」は仮想的なハードウェアである。

【0052】

上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。

【0053】

図７は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図７のコンピュータは、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、入力装置１００７、出力装置１００８等を有する。

【0054】

当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

【0055】

メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、当該装置に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置１００８は演算結果を出力する。なお、上記コンピュータは、ＣＰＵ１００４の代わりにＧＰＵ（Graphics Processing Unit）またはＴＰＵ（Tensor processing unit）を備えていても良く、ＣＰＵ１００４に加えて、ＧＰＵまたはＴＰＵを備えていても良い。その場合、特殊な演算が必要な処理をＧＰＵまたはＴＰＵが実行し、その他の処理をＣＰＵ１００４が実行する、というように処理を分担して実行しても良い。

【0056】

上述した実施の形態において、図４および図５に例示した量子回路の更新方法は、いわゆる貪欲法と呼ばれる最適化手法を適用した方法である。量子回路の更新方法は、これに限られず、「測定」と「操作」のそれぞれの命令の連続性を向上させる方法であれば、他の方法でも良い。

【0057】

上述した実施の形態において、複数の量子回路をシミュレートする場合に、同一の形状の量子回路を複数回シミュレートする場合には、情報処理装置１０は、１回目のシミュレートにおいて量子回路更新部１１が更新した量子回路Ｔを記憶しておき、２回目以降のシミュレートにおいて、更新された量子回路Ｔを使用して、シミュレート部１２によるシミュレートを実行しても良い。これによって、同一の量子回路のシミュレーションを多数回にわたって実行する場合には、量子回路更新部１１による更新処理のコストを実質的に無視することができる。

【0058】

（本実施の形態の効果）
本実施の形態に係る情報処理装置１０によれば、入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」がそれぞれできるだけ連続的に配置されるように、量子回路を更新する。そして、情報処理装置１０は、更新された量子回路について、「測定」の際にはＲｏｗ－ｍａｊｏｒ、「操作」の際にはＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒになるようにスタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートする。

【0059】

仮に、量子回路の更新を行わずに、メモリ上の配置を切り替えだけを行った場合、量子回路Ｏにおいて「測定」と「操作」が交互に配置されている場合、シミュレート処理ごとにＲｏｗ－ｍａｊｏｒとＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒを切り替える処理が発生してしまい、シミュレートに要する時間はむしろ増大する可能性がある。

【0060】

それに対して、本実施の形態に係る情報処理装置１０によれば、「測定」と「操作」の命令の連続性が向上されているため、メモリ上の配置を切り替える処理の実行回数を最小限に抑えることができる。したがって、量子回路のシミュレーションを高速化させることができる。

【0061】

具体的には、量子回路更新部１１は、貪欲法による最適化手法を用いて、「測定」と「操作」がそれぞれできるだけ連続的に配置されるように、量子回路Ｏを更新する。これによって、「測定」と「操作」の命令の連続性の向上を簡易に実現させることができる。

【0062】

（実施の形態のまとめ）
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した情報処理装置、シミュレート方法およびプログラムが記載されている。
（第１項）
クリフォード回路をシミュレートするための情報処理装置であって、
入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」の命令の連続性を向上させるように、前記量子回路を更新する量子回路更新部と、
更新された前記量子回路に基づいて、スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートするシミュレート部と、を備える、
情報処理装置。
（第２項）
前記シミュレート部は、更新された前記量子回路に含まれる命令が「測定」の際にはＲｏｗ－ｍａｊｏｒ、「操作」の際にはＣｏｌｕｍｎ－ｍａｊｏｒになるように、前記スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートする、
第１項に記載の情報処理装置。
（第３項）
前記量子回路更新部は、貪欲法による最適化手法を用いて、「測定」と「操作」がそれぞれできるだけ連続的に配置されるように、前記量子回路を更新する、
第１項または第２項に記載の情報処理装置。
（第４項）
クリフォード回路をシミュレートするための情報処理装置が実行するシミュレート方法であって、
入力された量子回路に含まれる命令のうち、「測定」と「操作」の命令の連続性を向上させるように、前記量子回路を更新するステップと、
更新された前記量子回路に基づいて、スタビライザーテーブルの各要素のメモリ上の配置を切り替えながらシミュレートするステップと、を備える、
シミュレート方法。
（第５項）
コンピュータを、第１項から第３項のいずれか１項に記載の情報処理装置における各部として機能させるためのプログラム。

【0063】

以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0064】

１０ 情報処理装置
１１ 量子回路更新部
１２ シミュレート部
１３ スタビライザーテーブル記憶部
１０００ ドライブ装置
１００１ 記録媒体
１００２ 補助記憶装置
１００３ メモリ装置
１００４ ＣＰＵ
１００５ インタフェース装置
１００６ 表示装置
１００７ 入力装置
１００８ 出力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】