量子コンピューティング

タイトルが示すように、私は計算生物学の問題に適用される量子アルゴリズムの公開された例を探しています。明らかに、実用的な例が（まだ）存在しない可能性が高いです。私が興味を持っているのは、概念の証明です。このコンテキストでの計算生物学の問題の例は次のとおりです。 タンパク質構造予測（二次、三次） 薬物-リガンド結合 複数配列アライメント デノボアセンブリ 機械学習アプリケーション 私が探しているものの実例となると思われるそのような参照を1つだけ見つけました。この研究では、転写因子の結合にD-Waveが使用されましたが、断熱量子コンピューティングの領域外の例があると興味深いでしょう。 単純化された計算生物学問題に適用される量子アニーリング対古典的な機械学習 量子シミュレーションに関してはいくつかあります。明らかに生物学的に関連があると考えられる規模のシミュレーションではありませんが、この一連の研究は、（他の多くのことの中でも）生物学的に重要な大きな分子のモデリングの前兆であると想像できます。 原子核のクラウド量子コンピューティング 分子エネルギーのスケーラブルな量子シミュレーション それでは、転写因子結合と量子シミュレーションのほかに、生物学に関連する概念が存在するという証拠は他にありますか？ 更新：これまでのところ、ベストアンサーを受け入れましたが、他の例が出てくるかどうかを確認するためにチェックインします。格子タンパク質モデルでの低エネルギーのタンパク質立体構造の同定を実証することを目的とした、もう少し古い（2010年）、私が見つけたもう1つは、これもD-Waveの出版物です。

12 algorithm  machine-learning  applications 

解決したいPDEがあるとします。 どのような量子アルゴリズムを使用して解決しますか？量子コンピューターに問題を入力する方法は？出力はどのような形式になりますか？ 線形システムを解くための量子アルゴリズム（多くの場合HHLという名前ですが、他のバージョンはHHLの作者によるものではないため実際にはこれは悪い名前です）が以前リストされていましたが、おそらく他の方法があります。また、サブルーチンと見なされるため、出力はクォンタムであり、統計を必要としないか、別のクォンタムアルゴリズムの入力として使用しない限り、出力は制限されます。

12 algorithm 

3 qbitシステムでは、制御およびターゲットqbitの有意性が隣接している場合、CNOT演算子を簡単に導出できます。2ビットCNOT演算子を、未処理のqbitの有意性の位置にある単位行列でテンソルします。 C10|ϕ2ϕ1ϕ0⟩=(I2⊗C10)|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C10|ϕ2ϕ1ϕ0⟩=(I2⊗C10)|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C_{10}|\phi_2\phi_1\phi_0\rangle = (\mathbb{I}_2 \otimes C_{10})|\phi_2\phi_1\phi_0\rangle ただし、コントロールとターゲットのqbitの有意性が隣接していない場合にCNOT演算子を導出する方法は明らかではありません。 C20|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C20|ϕ2ϕ1ϕ0⟩C_{20}|\phi_2\phi_1\phi_0\rangle これはどのように行われますか？

12 quantum-gate  gate-synthesis 

ここ最近の問題は、単純な1量子ビットと2量子ビットゲートに4量子ビットゲートCCCZ（制御制御の制御-Z）をコンパイルする方法を尋ね、そしてこれまでに与えられた唯一の答えは、63のゲートを必要とします！ 最初のステップは、Nielsen＆Chuang が提供したC n U構造を使用することでした。nn^n n=3n=3n=3この手段4つのCCNOTゲートと3つのシンプルゲート（1 CNOT及び2 Hadamardsターゲットキュービット及び最後の作業キュビットに最終CZを行うのに十分です）。 この論文の定理1は、一般にCCNOTには9個の1キュービットと6個の2キュービットゲート（合計15）が必要であると述べています。 これの意味は： （4 CCNOT）x（CCNOTごとに15ゲート）+（1 CNOT）+（2アダマール）= 合計63ゲート。 コメント、63のゲートはその後さらに理論から、たとえば、「自動処理」を使用してコンパイルすることができることが示唆されている自動グループ。 この「自動コンパイル」はどのように行うことができ、この場合1キュービットと2キュービットのゲートの数をどれだけ減らすことができますか？

12 quantum-gate  circuit-construction  programming  gate-synthesis  mathematics 

各IBM量子チップについて、jがCNOTの制御であると仮定して、各制御量子ビットjをその物理的に許可されたターゲットのリストにマッピングする辞書を作成できます。例えば、 ibmqx4_c_to_tars = { 0: [], 1: [0], 2: [0, 1, 4], 3: [2, 4], 4: []} # 6 edges ibmqx4チップ用。 Googleの72量子ビットBristleconeチップの命令はどうなるでしょう。ディクテーションを理解として書くことができます。Rigettiの19キュービットチップにも同じ質問があります。

12 bristlecone  rigetti  cirq 

クディットは量子システムであることを理解しています。d = 4の場合、これは2つのキュービットシステムとまったく同じですか？4つの量子状態も提示しますか？ヒルベルト空間も同じですよね？理論的または実際的な違いはありますか？dddd=4d=4d=4444

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量子コンピューティングの展望に非常に関連する質問は、量子システムの工学的複雑性がサイズに応じてどのように拡大するかということだと思います。つまり、1台のn -qubitコンピューターよりも1 -qubitコンピューターを構築する方が簡単です。私の考えでは、これは1よりもn 1体の問題を分析的に解決する方が簡単であるという事実にほぼ類似しています。nnn 111nnnnnn 111量子もつれが第一に量子コンピューティングの背後にある主要な動機付け要因であるため、 n体問題ます。nnn 私の質問は以下の通りである：私たちが本当に構築し、制御の「難しさ」かを気にすべきであると思われる -body量子システムが成長すると、N。ゲートアーキテクチャ、さらにはアルゴリズムを修正します。nキュービットコンピューターが量子多体問題であるという事実から、原則的に困難が生じますか？数学的に言えば、量子現象がどのように古典現象に拡大するかについての私たちの理解は非常に貧弱ですか？ここで、難易度はさまざまな方法で定義できますが、おおよそ気になる質問は、1000キュービットのマシンを制御することです（つまり、その波動関数のコヒーレンスを維持する）10キュービットのマシン、またはnnnnnnnnn100010001000のx難しくAを制御するよりも100100100101010または 100 ！または 100 100？それは多かれ少なかれ前者であり後者ではないと信じる理由はありますか？10021002100^2100!100!100!100100100100100^{100}

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Groverのアルゴリズムと複雑度クラスへの接続について混乱しています。 グローバーのアルゴリズムの発見及び素子kkkのデータベースでN=2nN=2nN=2^n（例えばそのf(k)=1f(k)=1f(k)=1）を持つ要素の∼N−−√=2n/2∼N=2n/2\sim \sqrt{N}=2^{n/2} オラクルへの呼び出し。 そのため、次の問題があります。 問題：データベース内でf （k ）= 1となるkkkを見つけるf(k)=1f(k)=1f(k)=1 現在、これは意思決定の問題ではないため、複雑度クラスPP\text{P}、NPNP\text{NP}などの通常の定義は実際には適用されないことを認識しています。しかし、このような場合に複雑度クラスをどのように定義するかを知りたいのですが、NNNまたはに関して行われnnnますか？ さらに、Groverのアルゴリズムはサブルーチンとして使用できます。私はいくつかの場所で、グローバーのアルゴリズムが複雑さのクラスを変更しないことを読みました。これを発見する方法はありますか。

12 complexity-theory  grovers-algorithm 

最近、量子テレポーテーションを介して、ある当事者から別の当事者への合理的な古典ビット（たとえば1.5 cビット）の転送が行われる可能性があると聞きました。内標準プロトコルテレポーテーション、2古典的なビットと1つの最大限もつれ共有リソース状態が未知の状態の完全なテレポーテーションのために必要とされます。しかし、私はどのように理解していない1.x1.x1.xビットは古典チャネルにオーバー送信することができます。 それは可能ですか？はいの場合、簡単な説明をお願いします。 分数ビット（および場合によっては追加の量子リソース）を使用して完全なテレポーテーションが可能な論文をいくつか教えていただければ助かります。 一部の人々は、これが量子コンピューティングにどのように関連するのか疑問に思うかもしれません。D. GottesmanとIL Chuang は、量子テレポーテーションが量子計算の原始的なサブルーチンとして重要な役割を果たすことを示唆しました。G. Brassard、SL Braunstein、R。Cleve は、量子テレポーテーションは量子計算として理解できることを示しました。

12 entanglement  quantum-information  resource-request  teleportation 

私は次の3つのフェーズを読み続けます（例：Nielsen and Chuang、2010; pg。456 and 465）。「コードスペース」、「コードワード」、「スタビライザーコード」-しかし、それらの定義、さらに重要なことに、それらが互いにどのように異なるかを見つけるのは困難です。 したがって、私の質問は次のとおりです。これら3つの用語はどのように定義され、どのように関連していますか？

12 error-correction  terminology  stabilizer-code  nielsen-and-chuang 

Cabelloの論文「代替測定なしの量子鍵配送」で、著者は「盗聴をチェックする前に、送信されたキュービットによってアリスとボブが共有する有用なランダムビットの数は、送信されたキュービットによってBB84とB92の両方で0.5ビットであり、 E91）」（ここ 2ページを参照）。 E91プロトコルでは、アリスとボブはそれぞれ3つの測定ベースから独立してランダムに選択するため、9つの状況があり、そのうち2つだけが正しいビットを取得できます。それはE91の効率が2であることを意味します？E91で送信されたキュービットによる有用なランダムビットが0.25ビットであるのはなぜですか？2929\frac 2 9

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ウィキペディアによると、ブロックチェーンは「ブロックと呼ばれ、データの変更に対して本質的に耐性のある暗号を使用してリンクおよび保護されている、継続的に増大するレコードのリスト」を維持する方法です。 現在、暗号通貨ビットコインなどでブロックチェーンが実際に使用されています。これらの実装は、暗号化に対する特定のアプローチを使用する必要があります。これには、セキュリティを引き受けることを目的とした仮定が含まれます。 ブロックチェーンの現在の実装は、量子計算を使用した攻撃に対して耐性がありますか？

12 cryptography 

量子ビットは量子粒子（たとえば光子）で表され、その状態は1つのプロパティ（たとえばスピン）で与えられることを知っています。 私の質問は量子メモリについてです。量子ビットはどのように量子コンピュータに保存されますか。ハイゼンベルクの不確実性原理が機能するには、一種のブラックボックスが必要だと思います。これを正しく理解していれば、この原理はキュービットの重ね合わせに関連しています。 この種のブラックボックスは、実際の量子コンピューターにどのように実装されていますか？

12 physical-realization  physical-qubit  architecture  decoherence  quantum-memory 

私たちは、研究室で開発およびテストされている量子コンピューターについて読んでいます。 また、限られた仮想キュービット（クラウドベースの場合は最大30-40キュービット）を使用する量子シミュレータープログラムもあります。また、Q＃などの新しい量子コンピューティング言語の学習も開始しました。 しかし、物理量子ビットを備えた実際の市販の量子コンピューターは本当にありますか？

12 physical-realization  simulation 

量子ゲートはブラックボックスのようです。どのような操作を実行するかはわかっていますが、実際に実装することが実際に可能かどうかはわかりません（または、実際に実行できますか？）。従来のコンピュータでは、AND、NOT、OR、XOR、NAND、NORなどを使用します。これらは、ほとんどがダイオードやトランジスタなどの半導体デバイスを使用して実装されます。量子ゲートの同様の実験的実装はありますか？量子コンピューティングに「ユニバーサルゲート」はありますか（NANDゲートは古典的なコンピューティングではユニバーサルです）？

12 quantum-gate  physical-realization