量子コンピュータ実現に向けた量子命令セットについて

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  • リョウシ コンピュータ ジツゲン ニ ムケタリョウシ メイレイ セット ニ ツイテ
  • A Quantum Instruction Set for Real Quantum Computer

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抄録

量子コンピュータ開発に向けた研究は始まったばかりで，量子素子・デバイスと，量子チューリング機械上のアルゴリズムの2つの興味深い課題が研究されている．これらの研究は非常に重要な基礎研究である．しかし，我々は，量子コンピュータを実現するためには，量子コンピュータ・アーキテクチャ，および，そのシステム・ソフトウェア側からの研究が不可欠であると確信している．そこで，本論文では，量子コンピュータ・アーキテクチャ構築の準備として，量子コンピュータ実現に向けた量子命令セットを提案する．具体的には，まず，現在までに提案されている5つの量子アルゴリズムに共通な量子基本操作を抽出する．次に，それら量子基本操作を実現するために，量子ユニットモデルとそのモデル上で実行する量子命令セットを提案する．さらに，この命令セットを上記5つの量子アルゴリズムのコーディングに適用することで，提案する量子命令セットの有効性を示す．最後に，今後の課題である量子コンピュータ・アーキテクチャの枠組みの一例を示す．

The research on quantum computers is just getting started and consists of two important issues:1) quantum elements/devices and 2) algorithms for Quantum uring Machine. These are quite important and basic research topics on quantum computers. However, we believe that an approach fromthe computer architecture and the systemsoftware side is indispensable to develop a quantumcomputer. In this paper, we propose a quantuminstruction set for a real quantumcomputer as the first step toward quantumcomputer architecture research. First, we abstract common primitives of quantum computations through five well-known quantum algorithms. Secondly, in order to execute these quantum computations, we present a quantum unit model and a quantum instruction set for the model. Thirdly, we show the effectiveness of the proposed instruction set by applying it to these five quantumalgorithms. Finally, we present a framework for a quantum computer architecture.

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