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量子計算装置及び量子計算方法

国内特許コード P200016818
整理番号 5550
掲載日 2020年5月8日
出願番号 特願2017-021450
公開番号 特開2018-128857
出願日 平成29年2月8日(2017.2.8)
公開日 平成30年8月16日(2018.8.16)
発明者
  • 根耒 誠
  • 北川 勝浩
  • 中嶋 浩平
  • 藤井 啓祐
出願人
  • 国立大学法人大阪大学
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 量子計算装置及び量子計算方法
発明の概要 【課題】量子計算装置及び量子計算方法の提供。
【解決手段】物質中の核スピン又は電子スピンの状態を表すキューディットを複数含んだ量子系により構成されており、量子系には、入力スピン、複数のノードスピン、及び測定スピンが含まれる量子レザバーと、第2電磁場を照射することにより測定スピンとノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御し、入力スピンを通じて信号を入力する信号入力部と、ノードスピン間のスピン間相互作用により量子系を時間発展させる時間発展制御部と、第1電磁場の照射を維持して第2電磁場の照射を停止することにより、入力スピンと他のスピンとの間のスピン間相互作用を制御した状態にて、測定スピンとノードスピンとの間のスピン間相互作用を復活させ、測定スピンを通じて信号を読み出す信号読出部とを備える。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

従来の半導体型フォンノイマンアーキテクチャ計算機の発展が終焉を迎えるにあたり、これに代わる新しいアーキテクチャでの計算能力の持続可能な発展が求められている。ディジタル量子計算機はその最有力候補の一つとして世界中で開発競争が繰り広げられている。ディジタル量子計算機とは、フォンノイマン型計算で用いられるビット素子の部分を、量子力学的重ね合わせを許す量子ビット素子に置き換えたものである。ディジタル量子計算機は、例えば素因数分解が従来計算機よりも桁数に対して指数関数的に早く解けることが示されている(例えば、非特許文献1を参照)。

産業上の利用分野

本発明は、量子計算装置及び量子計算方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
物質中の核スピン又は電子スピンの状態を表すキューディットを複数含んだ量子系により構成された量子レザバーを備え、
前記量子系は、第1共鳴周波数を有する第1電磁場によって他のスピンとの間のスピン間相互作用が制御される入力スピンと、互いにスピン間相互作用が働く複数のノードスピンと、前記第1共鳴周波数とは異なる第2共鳴周波数を有する第2電磁場によって他のスピンとの間のスピン間相互作用が制御される測定スピンとを含み、
前記第2電磁場を照射することにより前記測定スピンと前記ノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御し、該スピン間相互作用を制御した状態にて、前記入力スピンを通じて信号を入力する信号入力部と、
前記第1及び第2電磁場を照射することにより前記入力スピンと前記ノードスピンとの間のスピン間相互作用、及び前記測定スピンと前記ノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御し、前記ノードスピン間のスピン間相互作用により前記量子系を時間発展させる時間発展制御部と、
前記第1電磁場の照射を維持して前記第2電磁場の照射を停止することにより、前記入力スピンと他のスピンとの間のスピン間相互作用を制御した状態にて、前記測定スピンと前記ノードスピンとの間のスピン間相互作用を復活させ、前記測定スピンを通じて信号を読み出す信号読出部と
を更に備える量子計算装置。

【請求項2】
前記入力スピンを通じて入力する信号と前記測定スピンを通じて読み出す信号との関係が既知である入出力関係を再現するように、前記信号読出部が読み出す信号に対する線形重みを学習により決定する重み決定部
を備える請求項1に記載の量子計算装置。

【請求項3】
前記入力スピンに信号を入力する都度、前記入力スピンの偏極状態を初期化する初期化部
を備える請求項1又は請求項2に記載の量子計算装置。

【請求項4】
前記初期化部は、
偏極源と、
該偏極源により初期化可能な冷却スピンと、
前記冷却スピンと前記入力スピンとの間に介在する冷媒スピンと
を含み、
前記偏極源により前記冷却スピンを初期化した後に、前記冷媒スピンを前記冷却スピン及び前記入力スピンの双方に結合させることにより、前記入力スピンの偏極状態を初期化する
請求項3に記載の量子計算装置。

【請求項5】
前記偏極源は、格子又は高偏極電子を含み、
スピン格子緩和又は動的核偏極を用いて前記冷却スピンの偏極状態を初期化する
請求項4に記載の量子計算装置。

【請求項6】
前記物質は、原子核による核スピンクラスターのアンサンブル、又は電子による電子スピンクラスターのアンサンブルを含む
請求項1から請求項5の何れか1つに記載の量子計算装置。

【請求項7】
前記物質は、p-ターフェニル誘導体分子を含む
請求項1から請求項6の何れか1つに記載の量子計算装置。

【請求項8】
前記物質は、レザバー分子であるp-ターフェニル誘導体分子と、偏極源分子であるペンタセンとがホスト分子にドープされた単結晶である
請求項3から請求項6の何れか1つに記載の量子計算装置。

【請求項9】
物質中の核スピン又は電子スピンの状態を表すキューディットを複数含んだ量子系を用いて量子計算を行う量子計算方法であって、
前記量子系に含まれる測定スピンと複数のノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御すべく、第2共鳴周波数を有する第2電磁場を照射し、
前記スピン間相互作用を制御した状態にて、前記量子系に含まれる入力スピンを通じて信号を入力し、
前記スピン間相互作用を制御した状態にて、更に前記入力スピンと前記複数のノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御すべく、前記第2共鳴周波数とは異なる第1共鳴周波数を有する第1電磁場を照射し、
前記入力スピンと前記複数のノードスピンとの間のスピン間相互作用、及び前記測定スピンと前記複数のノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御した状態にて、前記ノードスピン間のスピン間相互作用により前記量子系を時間発展させ、
前記第1電磁場の照射を維持して前記第2電磁場の照射を停止し、
前記入力スピンと前記複数のノードスピンとの間のスピン間相互作用を制御し、前記測定スピンと前記ノードスピンとの間のスピン間相互作用を復活させた状態にて、前記測定スピンを通じて前記量子系から信号を読み出す
量子計算方法。

【請求項10】
偏極源と、該偏極源により初期化可能な冷却スピンと、前記冷却スピンと前記入力スピンとの間に介在する冷媒スピンとを備える初期化部を用いて、前記偏極源により前記冷却スピンを初期化した後、前記冷媒スピンを前記冷却スピン及び前記入力スピンの双方に結合させることにより、前記入力スピンに信号を入力する都度、前記入力スピンの偏極状態を初期化する
請求項9に記載の量子計算方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2017021450thum.jpg
出願権利状態 公開
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