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Implementation of QML @ AWS

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ML Loft

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Implementation of QML @ AWS

  1. 1. 量子機械学習実装 大阪大学 先導的学際研究機構 量子情報量子生命研究部門 JST さきがけ研究員
  2. 2. 量子機械学習結果 arXiv: 1806.10910 第41回量子情報技術研究会にて報告 📷×
  3. 3. 量子ビット デジタル信号処理 古典情報処理 量子ゲート (量子符号化) アルゴリズム アプリケーション 量子制御装置 量子制御パルス アナログ信号処理 超伝導回路 電子スピン 原子核スピン arXiv: 1906.078699 arXiv: 1911.04314 Phys. Rev. Lett. 2011 Porc. Natl. Acad. Sci. USA 2014 量子回路学習 Phys. Rev. A 2018 マイクロ波量子制御装置 Rev. Sci. Instrum. 2015 J. Magn. Reson. 2013 ハミルトニアンエンジニアリング Phys. Rev. A 2017 線形フィッティングタスク 量子制御FPGA IEICE Reconf研@1月で発表予定 観測フリー誤り訂正 Phsy. Rev. X 2014 量子エクストリーム学習 arXiv: 1806.10910 Phys. Rev. Appl. 2018 量子カーネル法 第41回量子情報技術研究会で発表 分類タスク 量子機械学習・量子コンピュータ技術スタック
  4. 4. 量子ビットの実装(例:分子中のスピン) • 1スピンの状態は↑と↓の2状態の重ね合わせ • 7スピンの状態は2^7状態の重ね合わせ “A short history of quantum computing” IBM Q webpage 1994 1996 19971995 2001 2004 2007 2012 2015 2016 2017 Future Nature 414, 883 (2001) 量子ビット デジタル信号処理 古典情報処理 量子ゲート (量子符号化) アルゴリズム アプリケーション 量子制御装置 量子制御パルス アナログ信号処理
  5. 5. 量子ビットの集積化 • 原子が並んだ分子 • 人工的に原子を並べる • 人工的な量子ビットを並べる どの方式にもチャンス! 阪大イオントラップチームより Nature 519 (2015) 66 UCSB + Google Chem. Sci. 10, (2019) 1702
  6. 6. 量子ビットの固有振動数 の電磁波パルスの照射 ・原子核:500MHz ・電子:18GHz ・超伝導:8GHz 量子ゲートの実装 [μs] パルス振幅[kHz] 100 5030 4020 0 200 -200 100 -100 波形(赤:実部、青:虚部) 同相 直交 より複雑な波形で より高忠実度の 制御を実現 Phys. Rev. A 96, (2017) 022331 様々な研究開発が必要量子ビット デジタル信号処理 古典情報処理 量子ゲート (量子符号化) アルゴリズム アプリケーション 量子制御装置 量子制御パルス アナログ信号処理
  7. 7. 量子アルゴリズム(素因数分解)の実装 FPGA、マイクロ波、低温技術 の発展が必要 量子ビット デジタル信号処理 古典情報処理 量子ゲート (量子符号化) アルゴリズム アプリケーション 量子制御装置 量子制御パルス アナログ信号処理 Google AI Blogより Nature 414, 883 (2001)
  8. 8. 量子機械学習の実装 • 量子エクストリーム学習 • 量子カーネル法 様々なアルゴリズムが提案・実装 量子ビット デジタル信号処理 古典情報処理 量子ゲート (量子符号化) アルゴリズム アプリケーション 量子制御装置 量子制御パルス アナログ信号処理 θ1 θ1 θ1 θ1 U θ2 θ2 θ2 θ2 U C H H H H …… …… …… …… …… U(xi (1)) U(xi (2)) U† (xj (2)) U†(xj (1)) H H H H H H H H H H 📷×
  9. 9. まとめ 量子ビット デジタル信号処理 古典情報処理 量子ゲート (量子符号化) アルゴリズム アプリケーション 量子制御装置 量子制御パルス アナログ信号処理 • 実装技術には様々なレイヤーがある • それぞれのレイヤーで様々な方式がある • 指数的な組み合わせのチャンス • ボトルネック(方式)が次々に移動 • レースは始まったばかり

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