量子コンピュータ入門

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本セミナーにおいては、量子コンピュータの基礎と最新研究開発動向について解説いたします。
また、商用化に向けた問題点や技術的課題、量子コンピュータビジネスの可能性について議論いたします。

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量子コンピュータとは、重ね合わせや量子もつれなどの量子力学原理を情報処理に利用したコンピュータです。量子コンピュータを用いると、因数分解、機械学習、量子化学計算、金融、線形連立方程式等のいくつかの数学的問題を古典コンピュータに比べて指数関数的に高速に解くことが可能となります。そのため、世界的大企業やスタートアップが量子コンピュータハードウェア・ソフトウェア開発やビジネス展開に向けた取り組みを行っています。  これまでノイジーな中規模量子コンピュータNISQが研究開発の主役でした。ところが、2023年末以降、QuEra、Google, Quantinuum、Atom computingが論理量子ビットを搭載した量子コンピュータを実現し、業界に大きな衝撃を与えました。そのため、2024年は誤り耐性汎用量子コンピュータFTQC (Fault Tolerant Quantum Computer) 1年となるであろうと期待されています。  本セミナーにおいては、量子コンピュータの基礎から最新動向まで非専門家向けにわかりやすく解説を行います。また、量子アルゴリズム、量子エラー訂正と表面符号・ボソニック符号などの最先端トピックスに加えて、FTQCの実用化に向けた膨大な技術課題、ビジネス展開の可能性についても紹介を行います。さらに、大型希釈冷凍器、クライオCMOS制御回路、超伝導制御回路、CMOSプロセスを用いた量子ビット製造技術、量子コンピュータ用極低温部素材技術 (同軸ケーブル、フラットケーブル、アンプ、コネクタ) などの今後注目すべき量子周辺・コンポーネント技術や量子サプライチェーン、量子ベンチマーキングについても解説を行います。

  1. 今何が起こっているのか?
    1. FTQC時代の幕開け
      • QuEraとAtom computingの中性原子量子コンピュータ:論理量子ビットの衝撃
      • Googleの超伝導量子コンピュータ:本格的な論理量子ビットの実現
  2. 量子コンピュータ入門:初級編
    1. 量子力学のための数学基礎 (ベクトルと行列)
    2. 量子力学の基礎
    3. 量子コンピュータの歴史
    4. 量子ビット
    5. 量子チューリング機械
    6. 量子論理回路
    7. 量子アルゴリズムと量子計算量理論
    8. 量子コンピュータのエラー
  3. 量子コンピュータ入門:中級編
    1. 古典誤り訂正と量子誤り訂正
    2. 表面符号とボソニック符号
    3. FTQC (誤り耐性汎用量子コンピュータ) とNISQ (エラー訂正機能を搭載していないノイジーな中規模量子デバイス)
    4. FTQC向け量子アルゴリズム
      • 因数分解
      • 量子化学
      • 微分方程式系と計算工学
      • 金融など
    5. 量子コンピュータプログラミング (Qiskit)
  4. 最新研究開発動向と最先端トピックス
    1. 世界の量子戦略 (米National Quantum Initiative法など)
    2. 日本の量子戦略
      • 量子技術イノベーション戦略
      • 量子未来産業創出戦略など
    3. 超伝導量子コンピュータ
    4. シリコン量子コンピュータ
    5. イオントラップ量子コンピュータ
    6. 中性原子量子コンピュータ
    7. 光量子コンピュータ
    8. 量子クラウドサービス
      • IBM Q
      • Amazon Braket
      • Microsoft Azure Quantumなど
    9. 量子コンピュータソフトウェア開発環境SDK・量子プログラム言語
    10. 企業による量子コンピュータ活用事例
      • 量子化学
      • 機械学習
      • 金融など
  5. 課題と展望
    1. FTQC実現のための技術課題
    2. 量子コンピュータ周辺技術
      • 大規模集積化プロセス
      • 3次元実装
      • 巨大希釈冷凍機
      • クライオCMOS制御回路
      • 超伝導制御回路など
    3. 量子部素材技術と量子サプライチェーン
      • 同軸ケーブル
      • フラットケーブル
      • アンプ
      • コネクタなど
    4. 量子コンピュータのベンチマーキング
      • 集積度
      • 忠実度
      • 量子体積
      • アルゴリズミック量子ビット
      • CLOPSなど

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