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JP-2026076893-A - 情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置

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Abstract

【課題】ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間の低減化を図ること。 【解決手段】情報処理装置１００は、イタレーションが所定回数実施された際に、ＶＱＥ計算１５０を一時中断し、それぞれの第１パラメータ１２１による第１寄与度に基づいて、それぞれの第１パラメータ１２１の値として設定し得る水準値の個数を決定する。情報処理装置１００は、決定した個数に基づいて、それぞれの第１パラメータ１２１の値として設定する水準値の組み合わせをそれぞれ表す２以上のパターン１３０に基づいて、それぞれの第１パラメータ１２１による第２寄与度を算出する。情報処理装置１００は、第２寄与度が相対的に高いと判断される１以上の第２パラメータ１４１のそれぞれの第２パラメータ１４１を、対象パラメータ１５１に設定する。 【選択図】図１

Inventors

  • 安曽 徳康
  • 木船 雅也

Assignees

  • 富士通株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (9)

  1. 変分量子固有値ソルバ法に従って、変分量子回路を規定する複数のパラメータのうち、設定された対象パラメータを更新するイタレーションが繰り返し実施される場合において、前記イタレーションが所定回数実施された際に、 前記複数のパラメータのうち、１以上の第１パラメータのそれぞれの第１パラメータによる、前記変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの変化量に対する第１寄与度に基づいて、前記それぞれの第１パラメータに対して、当該第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定し、 前記それぞれの第１パラメータに対して決定した前記個数分の水準値のいずれかの水準値を設定する場合における、前記それぞれの第１パラメータの値として設定する水準値の組み合わせをそれぞれ表す２以上のパターンのそれぞれのパターンにおける、前記変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの計算結果に基づいて、前記それぞれの第１パラメータによる、前記変分量子固有値ソルバ法に対する第２寄与度を算出し、 算出した前記第２寄与度に基づいて、前記１以上の第１パラメータのうち、算出した前記第２寄与度が相対的に高いと判断される１以上の第２パラメータのそれぞれの第２パラメータを、前記対象パラメータに設定する、 処理をコンピュータに実行させることを特徴とする情報処理プログラム。
  2. 前記イタレーションが１回目に実施される際には、前記対象パラメータは、前記複数のパラメータのそれぞれのパラメータである、ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理プログラム。
  3. 前記イタレーションが第１回数実施された際に、 前記決定する処理は、 前記複数のパラメータのそれぞれのパラメータを、前記第１パラメータとして、前記それぞれの第１パラメータによる前記第１寄与度に基づいて、前記第１寄与度が大きいほど、前記第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数が多くなるよう、前記それぞれの第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定する、ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理プログラム。
  4. 前記イタレーションが前記第１回数より多い第２回数実施された際に、 前記決定する処理は、 前記複数のパラメータのそれぞれのパラメータを、前記第１パラメータとして、前記１以上の第１パラメータのうち、前記対象パラメータである前記第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数が、前記対象パラメータ以外である前記第１パラメータの値として設定し得る水準値より少なくなるよう、前記それぞれの第１パラメータによる前記第１寄与度に基づいて、前記それぞれの第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定する、ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理プログラム。
  5. 前記イタレーションが前記第１回数より多い第２回数実施された際に、 前記決定する処理は、 前記複数のパラメータのうち、前記対象パラメータ以外を、前記第１パラメータとして、前記それぞれの第１パラメータによる前記第１寄与度に基づいて、前記第１寄与度が大きいほど、前記第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数が多くなるよう、前記それぞれの第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定する、ことを特徴とする請求項３に記載の情報処理プログラム。
  6. 前記決定する処理は、 前記複数のパラメータのうち、前記対象パラメータ以外を、前記第１パラメータとして、前記それぞれの第１パラメータによる前記第１寄与度に基づいて、前記第１寄与度が大きいほど、前記第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数が多くなるよう、前記それぞれの第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定する、ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理プログラム。
  7. 前記設定する処理は、 算出した前記第２寄与度に基づいて、前記１以上の第１パラメータのうち、前記対象パラメータに設定中であり、算出した前記第２寄与度が相対的に低いと判断される１以上の第３パラメータのそれぞれの第３パラメータを、前記対象パラメータから除去する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の情報処理プログラム。
  8. 変分量子固有値ソルバ法に従って、変分量子回路を規定する複数のパラメータのうち、設定された対象パラメータを更新するイタレーションが繰り返し実施される場合において、前記イタレーションが所定回数実施された際に、 前記複数のパラメータのうち、１以上の第１パラメータのそれぞれの第１パラメータによる、前記変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの変化量に対する第１寄与度に基づいて、前記それぞれの第１パラメータに対して、当該第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定し、 前記それぞれの第１パラメータに対して決定した前記個数分の水準値のいずれかの水準値を設定する場合における、前記それぞれの第１パラメータの値として設定する水準値の組み合わせをそれぞれ表す２以上のパターンのそれぞれのパターンにおける、前記変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの計算結果に基づいて、前記それぞれの第１パラメータによる、前記変分量子固有値ソルバ法に対する第２寄与度を算出し、 算出した前記第２寄与度に基づいて、前記１以上の第１パラメータのうち、算出した前記第２寄与度が相対的に高いと判断される１以上の第２パラメータのそれぞれの第２パラメータを、前記対象パラメータに設定する、 処理をコンピュータが実行することを特徴とする情報処理方法。
  9. 変分量子固有値ソルバ法に従って、変分量子回路を規定する複数のパラメータのうち、設定された対象パラメータを更新するイタレーションが繰り返し実施される場合において、前記イタレーションが所定回数実施された際に、 前記複数のパラメータのうち、１以上の第１パラメータのそれぞれの第１パラメータによる、前記変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの変化量に対する第１寄与度に基づいて、前記それぞれの第１パラメータに対して、当該第１パラメータの値として設定し得る水準値の個数を決定し、 前記それぞれの第１パラメータに対して決定した前記個数分の水準値のいずれかの水準値を設定する場合における、前記それぞれの第１パラメータの値として設定する水準値の組み合わせをそれぞれ表す２以上のパターンのそれぞれのパターンにおける、前記変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの計算結果に基づいて、前記それぞれの第１パラメータによる、前記変分量子固有値ソルバ法に対する第２寄与度を算出し、 算出した前記第２寄与度に基づいて、前記１以上の第１パラメータのうち、算出した前記第２寄与度が相対的に高いと判断される１以上の第２パラメータのそれぞれの第２パラメータを、前記対象パラメータに設定する、 制御部を有することを特徴とする情報処理装置。

Description

本発明は、情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置に関する。 従来、材料開発または創薬研究などの分野において、対象の分子または対象の原子の性質を調査する量子化学計算を実施する手法として、ＶＱＥ（Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｉｇｅｎｓｏｌｖｅｒ；変分量子固有値ソルバ）が存在する。ＶＱＥは、例えば、イタレーションと呼ばれる一連の処理を、収束条件を満たすまで繰り返し実施する、という計算を実施することになる。以下の説明では、当該計算を「ＶＱＥ計算」と表記する場合がある。イタレーションは、例えば、変分量子回路を実行し、変分量子回路を実行して得た量子状態に基づいて、ハミルトニアンの期待値を算出し、ハミルトニアンの期待値を最小化するよう、変分量子回路のパラメータを更新することである。 先行技術としては、例えば、量子回路からゲートを再帰的に削除するものがある。また、例えば、変分量子回路のパラメータの値の更新処理で使用する係数の値を、更新回数の増加に伴って所定の基準値より高い値と低い値とに周期的に変化する値に決定する技術がある。また、例えば、クラスタ外の変分量子回路の他のパラメータを固定した状態で、クラスタ内の変分量子回路のパラメータを最適化する技術がある。また、例えば、材料データ点の位置変更の情報に基づいて、パラメータ重要度を更新する技術がある。 米国特許出願公開第２０２１／０１３３６１７号明細書国際公開第２０２３／２４３０１１号米国特許第０１１６４５４４２号明細書特開２０２０－１２８９６２号公報 図１は、実施の形態にかかる情報処理方法の一実施例を示す説明図である。図２は、情報処理システム２００の一例を示す説明図である。図３は、情報処理装置１００のハードウェア構成例を示すブロック図である。図４は、量子計算装置２０１のハードウェア構成例を示すブロック図である。図５は、情報処理装置１００の機能的構成例を示すブロック図である。図６は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その１）である。図７は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その２）である。図８は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その３）である。図９は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その４）である。図１０は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その５）である。図１１は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その６）である。図１２は、情報処理装置１００の動作の一例を示す説明図（その７）である。図１３は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その１）である。図１４は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その２）である。図１５は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その３）である。図１６は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その４）である。図１７は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その５）である。図１８は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その６）である。図１９は、情報処理装置１００の動作の具体例を示す説明図（その７）である。図２０は、全体処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。図２１は、全体処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。図２２は、第１見直し処理手順の一例を示すフローチャートである。図２３は、第２見直し処理手順の一例を示すフローチャートである。 以下に、図面を参照して、本発明にかかる情報処理プログラム、情報処理方法、および情報処理装置の実施の形態を詳細に説明する。 （実施の形態にかかる情報処理方法の一実施例） 図１は、実施の形態にかかる情報処理方法の一実施例を示す説明図である。情報処理装置１００は、ＶＱＥ計算を実施するためのコンピュータである。情報処理装置１００は、例えば、サーバまたはＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などである。 ＶＱＥ計算は、イタレーションと呼ばれる一連の処理を、収束条件を満たすまで繰り返し実施することである。イタレーションは、例えば、変分量子回路を実行し、変分量子回路を実行して得た量子状態に基づいて、ハミルトニアンの期待値を算出し、ハミルトニアンの期待値を最小化するよう、変分量子回路のパラメータを更新する、という一連の処理である。ハミルトニアンは、エネルギーに対応する。収束条件は、例えば、ハミルトニアンの期待値が閾値以下になることである。 ＶＱＥ計算を、量子コンピュータと、古典的コンピュータとで協働して実施する場合が考えられる。例えば、量子コンピュータが、変分量子回路を実行して得た量子状態に基づいて、ハミルトニアンの期待値を算出する。一方で、例えば、古典的コンピュータが、変分量子回路のパラメータを更新する。この場合、量子コンピュータと、古典的コンピュータとは、イタレーションごとに通信を行う。 ここで、従来では、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間が増大してしまうという問題がある。例えば、ＶＱＥ計算を実施する系のサイズが大きくなると、変分量子回路を規定するパラメータの数が多くなる傾向がある。変分量子回路を規定するパラメータの数が多いほど、イタレーション１回分にかかる処理時間が増大したり、収束条件を満たすまでにイタレーションを実施する回数が増大したりする傾向があり、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間が増大してしまう。また、変分量子回路を規定するパラメータの数が多いほど、量子コンピュータと、古典的コンピュータとが通信を行う回数が増大してしまい、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間が増大してしまう。 このため、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間の低減化を図ることが望まれる。ここで、変分量子回路を規定するパラメータの数を低減することにより、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間の低減化を図ろうとすると、ＶＱＥ計算の精度が低下するという問題がある。 これに対し、例えば、１回目のイタレーションを実施した結果に応じて、変分量子回路を規定する複数のパラメータのうち、値を更新する対象パラメータに設定するパラメータを限定し、２回目以降のイタレーションを実施する第１手法が考えられる。この第１手法については、例えば、下記参考文献１を参照することができる。 参考文献１ ： 国際公開第２０２３／１４４８８４号 この第１手法では、１回目のイタレーションを実施した結果のみに応じて、対象パラメータに設定するパラメータを限定してしまうため、ＶＱＥ計算において有用なパラメータを、対象パラメータに設定せずに除外してしまうことが考えられる。従って、この第１手法では、局所解に収束してしまうことがあり、ＶＱＥ計算の精度が低下することがある。 また、例えば、イタレーションを所定回数実施する都度、変分量子回路を規定する複数のパラメータのうち、値を更新する対象パラメータに設定するパラメータを見直し、イタレーションを続行する第２手法が考えられる。この第２手法では、具体的には、複数のパラメータに共通の複数の水準値を用意する。この第２手法では、具体的には、直交表に従って、それぞれのパラメータにいずれかの水準値を設定する場合における、それぞれのパラメータに設定する水準値の組み合わせをそれぞれ表す２以上のパターンを用意する。この第２手法では、具体的には、用意した２以上のパターンのそれぞれのパターンに対する、所定のコスト関数の計算結果に基づいて、複数のパラメータのうち、値を更新する対象パラメータに設定するパラメータを見直す。 この第２手法では、ＶＱＥ計算の精度が低下することがある。この第２手法では、例えば、複数のパラメータに共通の複数の水準値を用意するため、コスト関数に対するそれぞれのパラメータの寄与度を考慮しておらず、ＶＱＥ計算の精度が低下することがある。この第２手法では、具体的には、比較的多くの水準値を設定して検討することが好ましいパラメータを適切に評価することができない。この第２手法では、具体的には、用意する水準値の数を多くすると、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間の増大化を招く。 そこで、本実施の形態では、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間の低減化を図ることができる情報処理方法について説明する。具体的には、情報処理方法によれば、ＶＱＥ計算の精度を維持しつつ、ＶＱＥ計算を実施する際にかかる処理時間の低減化を図ることができる。 図１において、情報処理装置１００は、ＶＱＥ計算１５０に関する変分量子回路１１０を記憶する。情報処理装置１００は、例えば、変分量子回路１１０を規定する複数のパラメータ１１１を記憶する。パラメータ１１１は、変分量子回路１１０を形成する量子ゲートに関する。パラメータ１１１は、例えば、量子ゲートの回転角である。 情報処理装置１００は、演算部１０１を制御可能である。演算部１０１は、変分量子回路１１０を実行可能である。演算部１０１は、例えば、量子コンピュータの実機である。演算部１０１は、量子コンピュータを模擬する量子シミュレータであってもよい。量子シミュレータは、例えば、情報処理装置１００の外部に存在していてもよい。量子シミュレータは、例えば、情報処理装置１００が有していてもよい。情報処理装置１００は、演算部１０１を利用して、ＶＱＥ計算１５０を開始する。情報処理装置１００は、具体的には、演算部１０１を利用して、イタレーション１５２を繰り返し実施することを開始する。 ＶＱＥ計算１５０は、収束条件を満たすまでイタレーション１５２を繰り返し実施することである。イタレーション１５２は、設定された対象パラメータを更新する一連の処理である。イタレーション１５２は、例えば、変分量子回路を実行し、変分量子回路を実行して得た量子状態に基づいて、ハミルトニアンの期待値を算出し、ハミルトニアンの期待値を最小化するよう、変分量子回路のパラメータを更新する、という一連の処理である。ハミルトニアンは、エネルギーに対応する。収束条件は、例えば、ハミルトニアンの期待値が閾値以下になることである。対象パラメータは、例えば、複数のパラメータ１１１のそれぞれのパラメータ１１１が設定される。 情報処理装置１００は、イタレーション１５２が所定回数実施された際に、ＶＱＥ計算１５０を一時中断し、下記（１－１）の処理、および、下記（１－２）の処理を実施することにより、対象パラメータを設定し直した後、ＶＱＥ計算１５０を再開する。所定回数は、例えば、ユーザによって予め設定される。所定回数は、例えば、複数設定されていてもよい。所定回数は、例えば、ａｘ＋ｂである。ａは、係数である。ｘは、整数である。ｂは、定数である。ａは、例えば、５である。ｂは、例えば、１である。 （１－１）情報処理装置１００は、複数のパラメータ１１１のうち、１以上の第１パラメータ１２１のそれぞれの第１パラメータ１２１による、変分量子回路１１０が表す量子状態に対応するエネルギーの変化量に対する第１寄与度を取得する。第１寄与度は、例えば、第１パラメータの変化量に対する、変分量子回路が表す量子状態に対応するエネルギーの変化量の割合に対応する。第１パラメータの変化量は、例えば、前回のイタレーション１５２における第１パラメータの値と、今回のイタレーション１５２における第１パラメータの値との差分である。エネルギーの変化量は、例えば、前回のイタレーション１５２におけるエネルギーの値と、今回のイタレーション１５２におけるエネルギーの値との差分である。情報処理装置１００は、例えば、第１寄与度を算出することにより、第１寄与度を取得する。 情報処理装置１００は、取得した第１寄与度に基づいて、それぞれの第１パラメータ１２１に対して、当該第１パラメータ１２１の値として設定し得る水準値１２２の個数を決定する。水準値１２２は、例えば、第１パラメータ１２１の値として設定し得る離散的な値である。情報処理装置１０