量子コンピュータによる材料開発の効率化

第1部 量子コンピュータを用いた材料開発の現状、課題、今後の展望

(2022年10月12日 10:30〜12:00)

　材料開発をはじめとして様々な計算に応用が期待される量子コンピュータについて、期待される理由を基本原理やコアアルゴリズムから、現状出来ている事などを近年の研究やその他発表事例から紐解きます。

1. 量子コンピュータとは?
2. 従来のコンピュータとの違い
3. 量子コンピュータのハードウェア
4. 量子ゲート方式と量子アニーリング方式について
5. 量子アニーリング方式
   1. 量子アニーリングによる最適化問題の定式化
   2. 量子アニーリングを用いて解ける問題の例
6. 量子ゲート方式
   1. 量子ゲート方式の基本
   2. 量子の重ね合わせともつれ
   3. NISQと非NISQについて
   4. 非NISQアルゴリズム
      1. 量子フーリエ変換
      2. 位相キックバック
      3. 量子位相推定
      4. 量子振幅推定
      5. グローバーのアルゴリズム
      6. 非NISQアルゴリズムの応用
   5. NISQアルゴリズム
      1. 量子古典ハイブリッド方式
      2. NISQアルゴリズムの応用
7. 今後の展望
• 質疑応答

第2部 量子コンピュータによる量子化学計算の現状と展望

(2022年10月12日 13:00〜14:30)

　原子・分子の量子化学計算の基礎について概要を説明する。その後、量子位相推定およびVQEという2種類の量子アルゴリズムを採り上げ、これら手法を量子コンピュータに実装するための手順について解説するとともに、特に大きな分子、複雑な電子構造を持つ分子にこれら手法を適用するときに予想される課題についても紹介する。

1. 量子化学計算の基礎
   1. シュレーディンガー方程式
   2. 変分原理と変分法
   3. ハートリー・フォック法
   4. 電子相関の取り扱い
2. 量子位相推定法
   1. 1量子ビット量子位相推定 (アダマールテスト)
   2. N量子ビット量子位相推定
   3. ベイズ量子位相推定
   4. 近似波動関数を用いた量子位相推定
   5. 波動関数エンコーディング
   6. 波動関数の時間発展のための量子回路構築法
3. 変分量子固有ソルバー (VQE)
   1. VQEの基本的な考え方
   2. ユニタリー結合クラスター法
   3. Hardware – efficient ansatz
   4. ADAPT ansatz
   5. エネルギー期待値の計算法・測定の効率化
   6. パラメータシフト則と解析微分計算法
   7. 励起状態計算法
4. 量子コンピュータによる量子化学計算の最前線
   1. 近似波動関数生成法
   2. 巨大分子への適用に向けたアプローチ
   3. 対称性を活用した計算コスト削減法
   4. 材料開発への展望
• 質疑応答

第3部 量子コンピュータを活用した材料開発の動向、事例

(2022年10月12日 14:45〜16:15)

　材料開発に関わっていて、量子コンピュータを活用しなくてはならないと感じている方は多い。しかし、実際にどのように使っていけばよいのか、どこまで勉強したらよいのか、どのような人財を獲得、もしくは育成したらよいのか、といった悩みに対して、ユーザー側の視点から着地点を模索していく。

1. 量子コンピュータの材料開発への活用
   1. 量子化学計算
   2. マテリアルズ・インフォマティクス
   3. 量子機械学習
2. 量子コンピュータの人財育成、獲得
   1. 誰がやる?
   2. 勉強方法
   3. 社外機関との連携
   4. どこを深堀するか
3. 量子コンピュータの何からはじめればよいのか
   1. まず触ってみる (クラウド経由)
   2. ツールの活用
   3. どこまでやる?
4. 量子コンピュータのテーマ探索、今後の展望
   1. 組合せ最適化問題
   2. 材料開発へのアイディア創出
   3. 将来像に備える
• 質疑応答