量子計算アルゴリズム部門

数理・情報理論の観点から量子アルゴリズム全般に関する研究を実施する。 特に、大規模量子コンピューティングや古典量子ハイブリッド・コンピューティングを念頭に、新しい量子アルゴリズムに関する研究を推進する。

代表的な論文/発表

  • Keiichiro Yamamura, Haruki Sato, Nariaki Tateiwa, Nozomi Hata, Toru Mitsutake, Issa Oe, Hiroki Ishikura, and Katsuki Fujisawa, “Diversified Adversarial Attacks based on Conjugate Gradient Method,” In Proc. of 39th Intl. Conf. on Machine Learning (ICML ‘22), PMLR 162:24851-24871, July 2022.
  • Nariaki Tateiwa, Yuji Shinano, Satoshi Nakamura, Akihiro Yoshida, Shizuo Kaji, Masaya Yasuda, and Katsuki Fujisawa, “Massive Parallelization for Finding Shortest Lattice Vectors Based on Ubiquity Generator Framework,” In Proc. of the Intl. Conf. for High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (SC ‘20), pp. 1-15, Nov. 2020.
  • Masao Hirokawa, “The Rabi model gives off a flavor of spontaneous SUSY breaking,” Quantum Stud.: Math. Found, 2:379-388, May 2015.

主な研究テーマ

  • 量子プロセッサを用いた量子シミュレーション,量子センシングおよび量子コンピューティングの理論的研究

量子計算ソフトウェア部門

計算機工学の観点から量子ソフトウェア全般に関する研究を実施する。 特に、大規模量子コンピューティングや古典量子ハイブリッド・コンピューティングを念頭に、プログラミングモデル、ライブラリ構築、ソフトウェア開発支援、などの研究を推進する。

代表的な論文/発表

  • Pengzhan Zhao, Jianjun Zhao, Zhongtao Miao, and Shuhan Lan, “Bugs4Q: A Benchmark of Real Bugs for Quantum Programs,” In Proc. of 36th IEEE/ACM Intl. Conf. on Automated Software Engineering (ASE ‘21), pp.1373-1376, Nov. 2021.

主な研究テーマ

  • 量子プログラムのデバッグ、テスト、検証
  • 量子プログラミング言語

量子計算アーキテクチャ部門

計算機工学の観点から量子コンピュータ・アーキテクチャ全般に関する研究を実施する。 特に、大規模量子コンピューティングや古典量子ハイブリッド・コンピューティングを念頭に、マイクロアーキテクチャ、システムアーキテクチャ(メモリシステムも含む)、コンパイラ、オペレーティングシステム、システム階層構造、などの研究を推進する。

代表的な論文/発表

  • Yasunari Suzuki, Takanori Sugiyama, Tomochika Arai, Wang Liao, Koji Inoue, and Teruo Tanimoto, “Q3DE: A fault-tolerant quantum computer architecture for multi-bit burst errors by cosmic rays,” In Proc. of IEEE/ACM Intl. Symp. on Microarchitecture (MICRO-55), Oct. 2022 (to appear). (acceptance rate: 83/366=22%)
  • Ilkwon Byun, Junpyo Kim, Dongmoon Min, Ikki Nagaoka, Kosuke Fukumitsu, Iori Ishikawa, Teruo Tanimoto, Masamitsu Tanaka, Koji Inoue, and Jangwoo Kim, “XQsim: Modeling Cross-Technology Control Processors for 10+K Qubit Quantum Computers,” In Proc. of ACM/IEEE Intl. Symp. on Comp. Arch. (ISCA ‘22), pp.366-382, June 2022.
  • Koki Ishida, Il-Kwon Byun, Ikki Nagaoka, Kosuke Fukumitsu, Masamitsu Tanaka, Satoshi Kawakami, Teruo Tanimoto, Takatsugu Ono, Jangwoo Kim, and Koji Inoue, “SuperNPU: Architecting an Extremely Fast Neural Processing Unit Using Superconducting Logic Devices,” In Proc. of 53rd IEEE/ACM Intl. Symp. on Microarchitecture (MICRO-53), pp.58-72, Oct. 2020.
    (Selected to IEEE Micro’s TopPicks ‘22 as “Superconductor Computing for Neural Networks”)

主な研究テーマ

量子計算デバイス部門

物理・材料・デバイス・プロセス工学の観点から、新しい量子ビット創成に関する研究を実施する。 特に、大規模量子コンピューティングや古典量子ハイブリッド・コンピューティングを念頭に、量子ビットのみならず、光・量子インタフェースや極低温動作デバイスなど、システム創成に必要なデバイス技術全般に関する研究を推進する。

代表的な論文/発表

  • Shu Kanno and Tomofumi Tada, “Many-body calculations for periodic materials via restricted Boltzmann machine-based VQE,” Quantum Sci. Technol. 6, 025015, Feb. 2021.
  • H. Kiyama, K. Yoshimi, T. Kato, T. Nakajima, A. Oiwa, and S. Tarucha, “Preparation and readout of multielectron high-spin states in a gate-defined GaAs/AlGaAs quantum dot,” Phys. Rev. Lett. 127, 086802 1-6, Aug. 2021.
  • T. Dion, D. M. Arroo, K. Yamanoi, T. Kimura, J. C. Gartside, L. F. Cohen, H. Kurebayashi, and W. R. Branford, “Tunable magnetization dynamics in artificial spin ice via shape anisotropy modification,” Phys. Rev. B 100, 054433-1-11, Aug. 2019.

主な研究テーマ

  • 回転スピン流による再構成可能な超伝導量子デバイスの創成
  • 量子多体系固体材料のための古典-量子ハイブリッド電子状態計算アルゴリズム(VQE)開発
  • 半導体スピン量子ビット

量子計算応用探索・社会連携部門

量子コンピュータの社会応用を念頭に置いた応用技術を開拓する。 また、量子コンピュータに関する新科学技術創成と新産業創出のためのエコシステムを構築する。 国内外産業界との連携を基本とし、技術交流、共同研究、人材育成、共同事業、などを加速する。

代表的な研究プロジェクト