RubyKaigiに参加したら何かやりたくなった

2025/5/10 三浦半島.rb #2
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1. RubyKaigiに参加したら 何かやりたくなった Unicodeの結合文字列で遊んでみた 2025/5/10 三浦半島.rb #2 ito-koichi
2. 自己紹介 名前： ito-koichi (伊藤公一)　　X：@itokoichi01X: 言語：Kotlin (サーバーサイド) 　Typescript (フロントエンド) 　Ruby (趣味) 参加コミュニティ：Asakusa.rb、千住.dev 趣味で量子コンピュータを勉強してます
3. RubyKaigi 2025にて 1日目のima1zumiさんのキーノート Unicodeには結合文字列というもの があるらしい
4. 思った 「1文字を表すのに、2文字分の領域が必要なのかー」 ※1文字で表せる「合字」もあります 「量子ビットで重ね合わせを使えば1文字分で済むんじゃ？」 「試してみるか」
5. やってみよう • 結合文字列を文字の重ね合わせとして量子ビットで表現する （2文字固定） ◦ コードポイントは16進4桁(16bit=2byte)とし、16量子ビットを使う ◦ コードポイントをそのまま基底エンコードする • 測定して確率が高いものから順に Unicodeで出力する （2文字固定） |Å> = α|A> + β| ̊ >　（文字の重ね合わせで表現） = α|U+0041> + β|U+030A>　（コードポイントを基底エンコード） =√(3/5)|U+0041> + √(2/5)|U+030A>　（Aの測定確率を高くする） 測定するとU+0041の方が高確率なので、U+0041、U+030Aの順に表示 → Å
6. うーん、 • 重ね合わせ状態をどうやって作る？ ◦ A（U+0041） = 0000 0000 0100 0001 ◦ ̊ （U+030A） = 0000 0011 0000 1010 作りたい状態は √(3/5)|0000 0000 0100 0001> + √(2/5)|0000 0011 0000 1010> この状態を簡単に作る方法がわからなかった。。。
7. それならQRAMで QRAMはデータビットに加えてアドレスビットを使うことで、アドレスを指定してデータを読 み書きする方法 • アドレスビットとして1量子ビット追加（２文字固定の前提） • アドレスビットは出力順の指定にも使えるので振幅（α、β）は均等でよい • 測定してアドレス0、1の順にデータをUnicodeで出力する（2文字固定） |Å> = √(1/2)|A>|0> + √(1/2)| ̊ >|1> = √(1/2)|U+0041>|0> + √(1/2)|U+030A>|1> = √(1/2)|0000 0000 0100 0001>|0> + √(1/2)|0000 0011 0000 1010>|1>
8. コード from qiskit import QuantumCircuit,QuantumRegister, ClassicalRegister from qiskit_aer.primitives import SamplerV2 # コードポイント 2個を量子回路としてエンコードする def encodeToCircuit(qc, codepoints): qc.h(qr_addr) # アドレスビットを均等重ね合わせにする for addr, code in enumerate(codepoints): if addr == 0: qc.x(qr_addr) # アドレスに対応する制御ビットを作る code_bin = format(code, '016b') # コードポイントを 2進数に変換して下位から上位に進める for i, value in enumerate(list(reversed(code_bin))): if value == '1': qc.cx(qr_addr, qr_code[i]) # 2進数が1のとき量子ビットを 1にする if addr == 0: qc.x(qr_addr) # 制御ビットを戻す qc.measure_all() # 測定をセットする # 量子回路を測定し、測定結果ビットと回数の辞書を返す def measureCircuit(qc): sampler = SamplerV2() job = sampler.run([qc], shots=100) result = job.result() counts = result[0].data.meas.get_counts() return counts # 測定結果ビットを Unicodeにデコードする def decodeToUnicode(counts): result = "" for i in range(2): addr = str(i) for data in counts.keys(): if data[-1:] == addr: result += chr(int(data[0:16], 2)) return result 言語はPython。 Qiskit SDKを使用。
9. 実行 一応できた。 qr_addr = QuantumRegister(1, 'address') qr_code = QuantumRegister(16, 'code') qc = QuantumCircuit(qr_addr, qr_code) # 2つのUnicodeコードポイントを量子回路にエンコード codepoints = [0x0041, 0x030A] print(codepoints) # => [65, 778] encodeToCircuit(qc, codepoints) # qc.draw('mpl', scale=0.5) # 量子回路を測定 counts = measureCircuit(qc) print(counts) # => {'00000000010000010': 45, '00000011000010101': 55} # 測定結果をユニコード文字列にデコード unicode = decodeToUnicode(counts) print(unicode) # => Å
10. 量子回路
11. できた？ • 一応QRAMをシミュレーションできた • 今回はノイズなしシミュレーションで、本物はこんなにきれいにならない • Unicodeのコードポイント2個にしてはリソースの使用量が多すぎ ◦ 古典：ビット数：コードポイント 16 x 2文字 = 32ビット 　　　サイズ：32bit ◦ 量子：ビット数：コードポイント 16 + アドレス 1 = 17量子ビット 　　　シミュレーションサイズ：基底 2^17 x 振幅 16byte = 2MB ▪ 量子ビットは基底の線形結合で表せる。結合の重み（振幅）は複素数。 ▪ 複素数は「a+ib, aとbは実数」で各実数が Double(64bit)だと、振幅は128bit(=16byte) • 構成も複雑になる
12. 古典の場合 ストレージ コードポイントのデー タ メモリ コードポイントのデー タ ディスプレイ Unicode文字
13. 量子の場合 ストレージ 量子回路の プログラム メモリ 量子回路の プログラム ディスプレイ Unicode 文字 量子コンピュータ 量子回路の 実行結果 コードポイント のデータ 量子回路 を実行 ※今回はPCでシミュレート
14. 結論 実用的ではない。 古典で効率的なものは、古典を使おう。
15. ちょっと修正 from qiskit import QuantumCircuit,QuantumRegister, ClassicalRegister from qiskit_aer.primitives import SamplerV2 # コードポイントを量子回路としてエンコードする def encodeToCircuit(qc, codepoints): qc.h(qr_addr) # アドレスビットを均等重ね合わせにする addr_size = qr_addr.size code_size = qr_code.size for addr, code in enumerate(codepoints): addr_bit_list = [int(i) for i in list(reversed(format(addr, f'0{addr_size}b')))] qc.barrier() # アドレスに対応する制御ビットを作る for i in range(addr_size): if addr_bit_list[i] == 0: qc.x(i) # コードポイントを 2進数に変換して下位から上位に進めながら、アドレスに対応する ビットを1にする code_bit_list = [int(i) for i in list(reversed(format(code, f'0{code_size}b')))] for i in range(code_size): if code_bit_list[i] == 1: qc.mcx(list(range(addr_size)), addr_size + i) # 制御ビットを戻す for i in range(addr_size): if addr_bit_list[i] == 0: qc.x(i) qc.measure_all() # 測定をセットする # 量子回路を測定し、測定結果ビットと回数の辞書を返す def measureCircuit(qc): sampler = SamplerV2() job = sampler.run([qc], shots=1000) result = job.result() counts = result[0].data.meas.get_counts() return counts # 測定結果ビットを Unicodeにデコードする def decodeToUnicode(codes_len, code_size, addr_size, counts): data_dict = {} for data in counts.keys(): data_dict[int(data[-1 * addr_size:], 2)] = chr(int(data[0:code_size], 2)) result = "" for i in range(codes_len): result += data_dict[i] return result
16. コードポイントを量子状態にエンコードする量子回路を作る [U+1F468, U+0200D, U+1F469, U+0200D, U+1F467, U+0200D, U+1F466] 回路を実行すると量子状態ができる √(1/8)|U+1F468>|0> + √(1/8)|U+0200D>|1> + √(1/8)|U+1F469>|2> + √(1/8)|U+0200D>|3> + √(1/8)|U+1F467>|4> + √(1/8)|U+0200D>|5> + √(1/8)|U+1F466>|6> + √(1/8)|U+00000>|7> 回路を測定すると確率的にビット列（コード +アドレス）が取得できる (右端は出現回数 ) {'U+00000 7': 141, 'U+1F466 6': 114, 'U+0200D 5': 124, 'U+1F469 2': 121, 'U+1F467 4': 130, U+0200D 3': 122, 'U+0200D 1': 115, 'U+1F468 0': 133} 文字数ぶん、アドレスの順に Unicodeで出力する U+1F468, U+0200D, U+1F469, U+0200D, U+1F467, U+0200D, U+1F466 # => 󰔡 古典：ビット数：コードポイント 20 x 7文字 = 140ビット 　　　サイズ：140bit 量子：ビット数：コードポイント 20 + アドレス 3 = 23量子ビット 　　　シミュレーションサイズ：基底 2^23 x 振幅 16byte = 134MB 家族の絵文字 qr_addr = QuantumRegister(3, 'address') qr_code = QuantumRegister(20, 'code') qc = QuantumCircuit(qr_addr, qr_code) # Unicodeコードポイントの配列を量子回路にエンコード codepoints = [0x1F468, 0x200D, 0x1F469, 0x200D, 0x1F467, 0x200D, 0x1F466] print([format(code, 'X') for code in codepoints]) # => ['1F468', '200D', '1F469', '200D', '1F467', '200D', '1F466'] encodeToCircuit(qc, codepoints) # qc.draw('mpl', scale=0.2) # 量子回路を測定 counts = measureCircuit(qc) print(counts) # => {'00000000000000000000111': 141, '00011111010001100110110': 114, '00000010000000001101101': 124, '00011111010001101001010': 121, '00011111010001100111100': 130, '00000010000000001101011': 122, '00000010000000001101001': 115, '00011111010001101000000': 133} # 測定結果をユニコード文字列にデコード unicode = decodeToUnicode(len(codepoints), qr_code.size, qr_addr.size, counts) print(unicode) # => 󰔡
17. 家族の絵文字の量子回路