Quantum Computer: Now and Future
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JJUG CCC Fall 2020での発表資料 気になる方のための量子コンピュータの「いま」と「これから」 ここ数年、量子コンピュータに関するニュースが増えています。IBMやAmazon等がクラウド上の量子コンピュータを操作できるサービスを提供し、実機を動かせるようになりました。一方で「気になっているけれど、よく分からない、もっと知りたい」という方が増えているのではないでしょうか。また、量子コンピュータの現状・今後と期待感には乖離があり、誤解も生じているように感じます。 そこで、このセッションでは次の内容についてご紹介し、多くの人が気になっていることが解消できるようにします。 - 量子コンピュータの特徴(理想) - 量子コンピュータの現状(AWSの量子コンピュータで何ができるの？) - 量子コンピュータのよくある誤解 - 量子コンピュータの今後 - 初心者が量子コンピュータを学ぶのためにオススメの書籍やウェブ・コンテンツ - Java製シミュレータ(OSS)を使った量子プログラミング このセッションでは数式を使わないため、量子コンピュータに興味ある方はどなたでもご参加ください。
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- 1. 気になる方のための 量子コンピュータの「いま」と「これから」 2020/11/07(土) JJUG CCC Fall 2020 束野 仁政 1 @snuffkin
- 2. 自己紹介 束野 仁政(つかの さとゆき) 経歴 • 学生時代は数学専攻(物理ではない) • ソフトウェア・エンジニア ⇒東京大学先端科学技術研究センターで 量子コンピュータ・プログラマ 量子コンピュータの面白さを広める活動 • 量子コンピュータの同人誌 「高校数学からはじめる量子コンピュータ」シリーズ1～2巻 紙版 https://www.melonbooks.co.jp/circle/index.php?circle_id=44909 電子版 https://snuffkin.booth.pm/ 書泉グランデさんでも扱っています 「AWSではじめる量子コンピュータ」 電子版 https://techbookfest.org/product/5359150202617856 • 量子コンピュータの入門記事を連載 CQ出版社Interface誌 2019年8月号～11月号「動かしながら始める量子コンピュータ」 • 勉強会での発表や、OSS活動等 2 @snuffkin ※この発表は個人の見解であり、所属組織の公式見解ではありません
- 3. 目次 1. 量子コンピュータの盛り上がり 2. 量子コンピュータの特徴(理想) 3. 量子コンピュータの現状 4. 量子コンピュータのよくある誤解 5. 量子コンピュータの今後 6. オススメのコンテンツ 7. Javaで量子プログラミング 量子コンピュータが計算する仕組みは今回の範囲外です この資料は2020年10月に作成しました 3
- 7. 量子コンピュータの盛り上がり 7 AWSが量子コンピュータを実行できる クラウドサービスを発表 ～Amazon Braket～ 2020年8月から一般利用開始 https://aws.amazon.com/jp/blogs/news/amazon-braket-get-started-with-quantum-computing/ Microsoftが量子コンピュータを実行 できるクラウドサービスを発表 ～Azure Quantum～ 2020年10月現在、private preview https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2019/11/04/announcing-microsoft-azure-quantum/
- 13. 量子コンピュータの特徴(理想) 13 半導体集積回路が小さくなり続けた結果 集積度が限界を迎えている NVIDIA CEO Jensen Huang “Moore's Law has finished.” ムーアの法則は終わった https://nvidianews.nvidia.com/bios/jensen-huang https://www.cnet.com/news/moores-law-is-dead-nvidias-ceo-jensen-huang-says-at-ces-2019/
- 16. 量子コンピュータの特徴(理想) 16 主な課題 1. 量子コンピュータは環境からの影響を受けやすく、 量子ビットが壊れたり、演算結果を間違えやすい 2. 正確な量子ビットを長時間維持できない 対応 • 環境の影響から量子ビットを守る • 演算の精度を上げる • 大きな計算をするために、誤り訂正を行う 解決策はまだ誰も知らない
- 18. 量子コンピュータの特徴(理想) 18 注目度が高い分野 • ソフトウェア(アルゴリズムなど) • ハードウェア それ以外にも 量子情報技術には多くの分野がある 右の分類でも、物理の視点が強く ソフトウェア工学などが不足 総合的な発展が必要 • fundamental concepts in quantum information • quantum computation and simulation • quantum software: algorithms, protocols, and code • quantum hardware: materials, engineering and technologies • quantum error correction • quantum gates • quantum machine learning and intelligence • quantum communication and cryptography • quantum networks, quantum repeaters, and quantum memories • quantum control • quantum metrology and sensing • quantum architectures and implementations • quantum thermodynamics • quantum effects in biological systems • quantum algorithms for chemical calculations • materials for quantum technologies • hybrid quantum systems and interconnects • relativistic quantum information ある論文誌(PRX Quantum)のスコープ(18分野)
- 20. 20 量子コンピュータの現状
- 26. 量子コンピュータの現状 26 現在の量子コンピュータは ライト兄弟の初飛行に たとえられるような段階 Scott’s Supreme Quantum Supremacy FAQ! https://www.scottaaronson.com/blog/?p=4317 実用的な古典コンピュータと くらべると計算能力はまだまだ
- 32. 32 量子コンピュータの今後
- 33. 量子コンピュータの今後 33 • 3年 • ERATO 5年 • Q-LEAP 10年 • 量子技術イノベーション戦略 20年 • ムーンショット型研究開発制度 30年 量子コンピュータ関連の主な国内研究プロジェクト 理想的な量子コンピュータの実現には十年単位の時間が必要
- 38. オススメのコンテンツ 38 「みんなの量子コンピュータ」 Chris Bernhardt 著 湊雄一郎,中田真秀 監修・翻訳 (2020年) 量子コンピュータの入門書 「高校数学からはじめる量子コンピュータ」 1-2巻 束野仁政 著(2019-2020年) 高校数学くらいの数式を使い、ちゃんと理解する
- 39. オススメのコンテンツ 39 入門書と専門書をつなぐ教科書 「量子コンピューティング 基本アルゴリズムから量子機械学習まで」 嶋田義皓 著(2020年)※11月9日発売 情報処理学会 出版委員会 監修 IT分野のプログラマやエンジニアが 特に知っておくべき概念をできる限り網羅
- 40. オススメのコンテンツ 40 量子プログラミング 「Qiskit Textbook」(英語) https://qiskit.org/textbook/what-is-quantum.html 日本語の解説動画・資料(順次日本語化) https://www.youtube.com/watch?v=01JZfji-Mbw 「Microsoft Quantum ドキュメント」 (日本語・英語が混在) https://docs.microsoft.com/ja-jp/quantum/
- 44. Javaで量子プログラミング 44 「Quantum Computing in Action」 Johan Vos 著(2021年発売予定) Manning Publicationsの書籍なので、 執筆中の電子版を読める(ほぼ完成している) https://www.manning.com/books/quantum-computing-in-action 書籍のソースコードはGitHubで公開されている https://github.com/johanvos/quantumjava
- 46. Javaで量子プログラミング 46 現在の量子プログラミングは、 量子回路の素子に対する低レイヤのプログラミング Program p = new Program(2); Gate xGate1 = new X(0); Step step1 = new Step(); step1.addGate(xGate1); p.addStep(step1); Gate hGate2 = new Hadamard(0); Gate xGate2 = new X(1); Step step2 = new Step(); step2.addGates(hGate2, xGate2); p.addStep(step2); SimpleQuantumExecutionEnvironment sqee = new SimpleQuantumExecutionEnvironment(); Result res = sqee.runProgram(p); Qubit[] qubits = res.getQubits(); Arrays.asList(qubits).forEach(q -> System.out.println("qubit with probability on 1 = "+q.getProbability()+", measured it gives "+ q.measure())); 量子回路
- 47. 47 まとめ