http://analyzer52.fc2.com/ana/icon.php?uid=1760570&ref=&href=&wid=0&hei=0&col=0

Tomoyuki Morimae 森前智行

 

Senior Lecturer

Quantum Information group

Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University, Japan

Email address: first.family (at) yukawa.kyoto-u.

Post address: Kitashirakawa Oiwakecho, Sakyo-ku, Kyoto, 606-8502 Japan

 

私の研究室を志望する学生の方は

京都大学大学院理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻 物理学第一分野

T2 物性基礎論:量子情報(基礎研)

に応募してください。また、一度アポイントメントを取って見学に来てください。

研究場所は京都大学基礎物理学研究所になります。

 

量子計算理論オンライン学習教材

 

----------------------------------------------------------------------------

研究テーマ

1.量子優位性の理論的証明

量子計算が古典計算より速いというのは、計算量理論の「標準的」な意味ではBQPBPPを意味しますが、実はこれはまだ証明されていません。(もしこれが証明できてしまうとPPSPACEという古典計算量理論における大未解決問題を証明したことになるので、そう簡単には証明できないだろうと考えられています。)そうはいうものの、皆量子計算は古典計算より速いだろうと信じているわけですが、その証拠として以下の3つのタイプの結果がこれまでに得られてきています。

(1)素因数分解等のように、古典のベストのアルゴリズムより速い量子アルゴリズムが見つかっている。

(2)検索問題等のように、「サブルーチン」を呼ぶ回数が量子のほうが古典より少なくて済むという結果が知られている。(query complexityのことをいっています。)

(3)多項式階層の無限性といったような古典の計算量理論において信じられている仮定のもとでは量子計算のほうが古典計算よりも速いことが示されている。

私はこの(3)について研究をしてきました。きれいに初期化された量子ビットが一つしか使えないような「弱い」量子計算モデルであっても(多項式階層が崩壊しない限り)古典計算機では多項式時間でシミレートできないことを示したり、古典のfine-grained complexity theoryにおける仮定に基づいて、古典の指数時間であっても量子計算がシミレートできないことなどを示してきました。詳しくは昔の解説MBQC本の7.3節、QC本の10章、量子計算で出来ること・出来ないこと」 日本物理学会誌2019年2月号 話題、また以下の論文を参照してください。

TM, Fujii, and Fitzsimons, Hardness of classically simulating the one clean qubit model, Phys. Rev. Lett. 112, 130502 (2014)

Fujii, Kobayashi, TM, Nishimura, Tamate, and Tani, Impossibility of classically simulating one-clean-qubit computation, Phys. Rev. Lett. 120, 200502 (2018) 著者はアルファベット順

TM, Hardness of classically sampling one clean qubit model with constant toral variation distance error, Phys. Rev. A 96, 040302(R) (2017)

TM, Takeuchi, and Nishimura, Merlin-Arthur with efficient quantum Merlin and quantum supremacy for the second level of the Fourier hierarchy, Quantum 2, 106 (2018)

TM and Tamaki, Fine-grained quantum computational supremacy, Quant. Inf. Comput. 19, 1089 (2019)

 

2.ブラインド量子計算

量子に関連する暗号の研究は量子暗号と呼ばれます。量子鍵配送(QKD)はとてもメジャーなので狭い意味で量子暗号といったときはQKDを指すことがありますが、広い意味で量子暗号といった場合はいろいろなものを含んでいます。古典の暗号が量子計算に対して安全か危険かを研究するもの(耐量子暗号)もありますし、量子を使うことによりいろいろな暗号プロトコルを実現する研究もあります。その中でも、計算量的仮定を使うものと、量子論の正しさのみを使うもの(情報理論的安全性)があります。私は後者の量子暗号プロトコルの一つであるブラインド量子計算の研究を行ってきました。ほぼ古典の計算能力しかない利用者が、遠隔にある量子サーバー上で、自分のプライバシー情報(計算の入力、プログラム、出力)を秘密にしたまま量子計算を行う、というものです。詳しくは昔の解説MBQC本の6章、QC本の7章、以下の論文を参照してください。

TM and Fujii, Blind topological measurement-based quantum computation, Nature Communications 3, 1036 (2012)

TM and Fujii, Blind quantum computation protocol in which Alice only makes measurements, Phys. Rev. A 87, 050301(R) (2013)

TM, Continuous-variable blind quantum computation, Phys. Rev. Lett. 109, 230502 (2012)

TM and Fujii, Secure entanglement distillation for double-server blind quantum computation, Phys. Rev. Lett. 111, 020502 (2013)

 

3.量子計算の検証

量子計算機は古典計算機で効率的にシミレートできないから有用なわけですが、それがあだとなってしまい、量子計算機が正しく動いているのかを古典計算機ではシミレートしてチェックすることができない、というジレンマがあります。これは量子計算の検証問題と呼ばれ、実用上の重要性や、理論的な面白さ(量子対話型証明との関係)から、現在世界中で活発な研究がなされています。詳しくは昔の解説MBQC本の6章、QC本の7章、以下の論文を参照してください。

TM, Honesty test, Nature Physics 9, 693 (2013) (Review article)

Hayashi and TM, Verifiable measurement-only blind quantum computing with stabilizer testing, Phys. Rev. Lett. 115, 220502 (2015)

TM, Nagaj, Schuch, Quantum proofs can be verified using only single qubit measurements, Phys. Rev. A 93, 022326 (2016)

Fitzsimons, Hadjusek, and TM, Posthoc verification of quantum computation, Phys. Rev. Lett. 120, 040501 (2018)

Takeuchi and TM, Verification of many-qubit states, Phys. Rev. X 8, 021060 (2018)

TM, Takeuchi, and Hayashi, Verified measurement-based quantum computing with hypergraph states, Phys. Rev. A 96, 062321 (2017)

 

4.量子計算量理論

GapP関数と量子計算、AWPPpostBQPMBQC本の7.2.1節、QC本の9章)

TM and Nishimura, Quantum interpretations of AWPP and APP, Quantum Information and Computation 16, pp.0498-0514 (2016)

TM, Nishimura, and Le Gall, Modified group non-membership is in AWPP, Quantum Information and Computation 17, 0242 (2017)

量子対話型証明系(MBQC本の7.2.2節、QC本の8章)

TM, Hayashi, Nishimura, and Fujii, Quantum Merlin-Arthur with Clifford Arthur, Quantum Information and Computation 15, pp1420-1430 (2015)

TM and Nishimura, Merlinization of complexity classes above BQP, Quantum Information and Computation 17, pp 0959-0972 (2017)

TM, Quantum Arthur-Merlin with single-qubit measurements, Phys. Rev. A 93, 062333 (2016)

 

----------------------------------------------------------------------------

Publication list

----------------------------------------------------------------------------

Press

----------------------------------------------------------------------------

Book

(1) 「観測に基づく量子計算」 小柴健史、藤井啓祐、森前智行、コロナ社 (略称MBQC本)

  日本物理学会誌の書評

(2) 「量子計算理論」 森前智行、森北出版 (略称QC本) 

  27回大川出版賞受賞!

  日本物理学会誌の書評

----------------------------------------------------------------------------

一般向けの解説

「量子計算と物理」京都大学市民講座2019年

「量子コンピューターの限界を追求する」京大先生シアター

「量子計算で出来ること・出来ないこと」 日本物理学会誌2019年2月号 話題

「セキュアな量子計算の基盤技術」 JST ACT-I 2018年成果発表会の動画

「研究への情熱」JST広報動画2017

「測定型量子計算の物性、暗号への応用」 パリティ 20161月号

T. Morimae, Quantum computation: Honesty test, Nature Physics 9, 693 (2013) (News and Views Article)

「弱い量子コンピューターはどのくらい強いのか?−量子スプレマシー研究の最前線」 academist Journal 研究コラム 201710

----------------------------------------------------------------------------

雑文

小学生でも分かる量子計算

「量子スピードアップ」にはエンタングルメントもマクロ量子コヒーレンスも必要ない

量子スプレマシーとは何か

量子計算のポストホック検証

量子コンピューターの重要なキーワード

量子コンピューターは組み合わせ最適化を苦手とする

なぜ90量子ビットなのか 〜30年の基礎研究から量子スプレマシーへ〜

なぜ量子計算はNPが苦手なのか〜多項式法〜

小学生でもわかる量子計算の分類

量子コンピューター検定

量子計算の指数時間古典シミレーション

古典通信による量子インターネット

Interactive proof of quantumness: 暗号を使った対話型量子性証明

Google論文について

ジョンマルチネスはどうしたらリークを未然に防げたのか

量子コンピューターを使って新元号を知らずに済ます方法

----------------------------------------------------------------------------

Slides

AQIS2018 (2018/9)

大阪市立大コロキウム (2018/9)

東北大セミナー (2018/10)

Tokyo Crypto Day (2019/3)

QIT40@九州大学(2019/5/21)

QIST2019@京都大学(2019/6/18)

京都大学市民講座 物理と宇宙(2019/10/20)

inserted by FC2 system