Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Features
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
Search
Search
量子コンピューター超入門ハンズオン 補足資料 線形代数
Search
Sponsored
·
Your Podcast. Everywhere. Effortlessly.
Share. Educate. Inspire. Entertain. You do you. We'll handle the rest.
→
Ayumu-walker
April 24, 2020
Science
1.7k
1
Share
Embed
Copy iframe code
Copy JS code
Copy link
Start on current slide
量子コンピューター超入門ハンズオン 補足資料 線形代数
Ayumu-walker
April 24, 2020
More Decks by Ayumu-walker
See All by Ayumu-walker
IBM Quantum Challenge Spring 2023 Lab5解説
ayumu0118
0
250
円周率の日スペシャル 量子コンピューターと円周率の話
ayumu0118
0
950
IBM Cloud Festa 2020 GUIから始める量子コンピューター超入門
ayumu0118
1
840
量子コンピューター超入門ハンズオン 2020/04/24
ayumu0118
1
1.6k
Other Decks in Science
See All in Science
データベース03: 関係データモデル
trycycle
PRO
1
550
Bリーグのショットデータを活用した得点期待値モデルの構築 / Construction of expected points model using shot data of B.LEAGUE
konakalab
0
140
機械学習 - 決定木からはじめる機械学習
trycycle
PRO
0
1.5k
Kritische evaluatie van GenAI-output voor literatuuronderzoek
voginip
0
160
20260220 OpenIDファウンデーション・ジャパン ご紹介 / 20260220 OpenID Foundation Japan Intro
oidfj
0
360
Distributional Regression
tackyas
0
540
水耕栽培を始める前に知っておきたい植物の科学
grow_design_lab
0
240
Understanding CVP Waveforms: Interpretation and Clinical Implications in Anesthesiology
taka88
0
580
Accelerating operator Sinkhorn iteration with overrelaxation
tasusu
0
360
機械学習 - K-means & 階層的クラスタリング
trycycle
PRO
0
1.7k
【論文紹介】Is CLIP ideal? No. Can we fix it?Yes! 第65回 コンピュータビジョン勉強会@関東
shun6211
5
2.5k
SHINOMIYA Nariyoshi
genomethica
0
150
Featured
See All Featured
Easily Structure & Communicate Ideas using Wireframe
afnizarnur
194
17k
Unsuck your backbone
ammeep
672
58k
Designing Experiences People Love
moore
143
24k
AI in Enterprises - Java and Open Source to the Rescue
ivargrimstad
0
1.3k
The Power of CSS Pseudo Elements
geoffreycrofte
82
6.3k
The untapped power of vector embeddings
frankvandijk
2
1.8k
HU Berlin: Industrial-Strength Natural Language Processing with spaCy and Prodigy
inesmontani
PRO
0
410
B2B Lead Gen: Tactics, Traps & Triumph
marketingsoph
0
150
Building Better People: How to give real-time feedback that sticks.
wjessup
370
20k
How to Grow Your eCommerce with AI & Automation
katarinadahlin
PRO
1
210
The Hidden Cost of Media on the Web [PixelPalooza 2025]
tammyeverts
2
330
DBのスキルで生き残る技術 - AI時代におけるテーブル設計の勘所
soudai
PRO
65
55k
Transcript
量子コンピューター超入門ハンズオン 補足資料:線形代数
2 簡単なベクトル/行列計算の復習 • 始める前に、ちょっとした計算ルールを頭に入れておきましょう! • 量子コンピューターの世界では、数学の世界と以下のような対応関係があります。 11 ⋯ 1 ⋮
⋱ ⋮ 1 ⋯ 1 ⋮ ベクトル 行列 量子状態 (計算に使うデータ) 量子状態(データ)に 対する操作(ゲート) 1 … 量子コンピューターの世界 (量子力学) 数学の世界 計算上の表現 縦ベクトル 横ベクトル
3 簡単なベクトル/行列計算の復習 1 ⋮ + 1 ⋮ = 1 +
1 ⋮ + 1 … + 1 … = 1 + 1 … + 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯ + 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯ = 11 + 11 ⋯ 1 + 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 + 1 ⋯ + 縦ベクトル: 横ベクトル: 行列: • ベクトル/行列は、同じ成分の箇所通しを足し引きすることが可能です。 • 構造の同じもの同士でしか、演算はできません。 • 引き算についても同様です。
4 簡単なベクトル/行列計算の復習 • ベクトルと行列の定数倍 • 全ての成分に定数倍を掛けるだけ • 行列とベクトルの掛け算 • 黄色の行と青色の列の成分を、1つずつ掛けて、全て足し合わせて、ベクトルの1つの成分(緑色)とな
る • 行列同士の掛け算 • 行列とベクトルの掛け算と同じ計算をして、行列の1つの成分(緑色)となる 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯ 1 ⋮ = 11 1 + … +1 ⋮ ⋮ 1 1 + … + 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯ 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯ = 11 11 + … + 1 1 ⋯ 11 1 + ⋯ + 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 11 + … + 1 ⋯ 1 1 + ⋯ + 1 ⋮ = 1 ⋮ 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯ = 11 ⋯ 1 ⋮ ⋱ ⋮ 1 ⋯
5 簡単なベクトル/行列計算の復習 • 以下のベクトルと行列を使って計算の仕方を学びます。 • ベクトル/行列の足し算/引き算 • ベクトル/行列の定数倍 v= 1
3 w= 2 5 A= −2 4 3 1 B= −1 1 3 6 v+w= 1 2 + 2 5 = 1 + 2 2 + 5 = 3 7 v-w= 1 2 − 2 5 = 1 − 2 2 − 5 = −1 −3 A+B= −2 4 3 1 + −1 1 3 6 = −2 − 1 4 + 1 3 + 3 1 + 6 = −3 5 6 7 A-B= −2 4 3 1 − −1 1 3 6 = −2 − (−1) 4 − 1 3 − 3 1 − 6 = −1 3 0 −5 2v=2* 1 3 = 2 ∗ 1 2 ∗ 3 = 2 6 3A=3 ∗ −2 4 3 1 = 3 ∗ −2 3 ∗ 4 3 ∗ 3 3 ∗ 1 = −6 12 9 3
6 簡単なベクトル/行列演算の例 ~続き~ • 行列とベクトルを掛ける例(量子状態にゲートを通した後の状態を計算していることに等しい) • 行列同士の掛け算 Av= −2 4
3 1 1 3 = −2 ∗ 1 + 4 ∗ 3 3 ∗ 1 + 1 ∗ 3 = −2 ∗ 1 + 4 ∗ 3 3 ∗ 1 + 1 ∗ 3 = −2 + 12 3 + 3 = 10 6 AB= −2 4 3 1 −1 1 3 6 = −2 ∗ −1 + 4 ∗ 3 −2 ∗ 1 + 4 ∗ 6 3 ∗ −1 + 1 ∗ 3 3 ∗ 1 + 1 ∗ 6 = 2 + 12 −2 + 24 −3 + 3 3 + 6 = 14 22 0 9 BA= −1 1 3 6 −2 4 3 1 = −1 ∗ −2 + 1 ∗ 3 −1 ∗ 4 + 1 ∗ 1 3 ∗ −2 + 6 ∗ 4 3 ∗ 4 + 6 ∗ 1 = 2 + 3 −4 + 1 −6 + 24 12 + 6 = 5 −3 18 18 *行列の掛け算は順番を変えても同じになるとは限らない! → どのゲートをどの順番で通すかを慎重に考えることが必要になる!
7 量子計算に使う量子状態のベクトル表現 • 古典ビットと同様に、1つの量子ビットも、2つの値を持ちえる • これは、古典ビットにおける0と1に相当 • 通例として、|0>と|1>のように表現する • この表現方法は、ブラケット表記と呼ばれ、上記はケットベクトルと呼ぶ
• 便宜的に、|0>と|1>は次のようなベクトルとして表現すると、演算が簡単になる • 後続のハンズオンでは、以下を使って計算を行う • 2量子ビットの場合は4つ(00、01、10、11)を使って表現できる |0>= 1 0 |1>= 0 1 |00>= 1 0 0 0 |01>= 0 1 0 0 |10>= 0 0 1 0 |11>= 0 0 0 1
8 量子計算に使う量子状態のベクトル表現の例 |+>= 1 2 |0> + 1 2 |1>=
1 2 1 0 + 1 2 0 1 = 1 2 1 2 |->= 1 2 |0> − 1 2 |1>= 1 2 1 0 − 1 2 0 1 = 1 2 − 1 2
9 量子計算に使う量子状態のベクトル表現の例 |>= 1 2 |00> + 1 2 |01>
+ 1 2 |10>+ 1 2 |11> = 1 2 1 0 0 0 + 1 2 0 1 0 0 + 1 2 0 0 1 0 + 1 2 0 0 0 1 = Τ 1 2 Τ 1 2 Τ 1 2 Τ 1 2
10 代表的な量子ゲート一覧 10 行列表現 Qiskitでの コード Qiskitでの 回路表示 Xゲート x
Yゲート 0 − 0 y Zゲート − z Hゲート − h CNOTゲート cx Sゲート 1 0 0 s Tゲート 1 0 0 2 t |0>と|1>の状態を入れ替える |1>の状態の確率振幅の 符号を逆にする |0>もしくは|1>の状態から 重ね合わせ状態を作りだす 上の状態が|1>なら下の状態 にXゲートと同じ操作をする。 それ以外は何もしない
11 • |0>の状態にXゲート(|0>と|1>を入れ替える)に通した場合 • |0>の状態をHゲート(重ね合わせ状態を作る)に通した場合 ゲートの計算例 X ۧ |0 =
0 1 1 0 1 0 = 0 ∗ 1 + 1 ∗ 0 1 ∗ 1 + 0 ∗ 0 = 0 1 = ۧ |1 H ۧ |0 = 1 2 1 1 1 −1 1 0 = 1 2 1 ∗ 1 + 1 ∗ 0 1 ∗ 1 − 1 ∗ 0 = 1 2 1 1 = 1 2 1 0 + 1 2 0 1 = 1 2 ۧ |0 + 1 2 ۧ |1 = ۧ |+