Python量子プログラミング入門

Python量子プログラミング入門

【概要】
IBM QXとPython開発環境から解説し、量子情報ソフト開発キットQISKit SDKのインストール方法とクラス構成、特徴を説明しています。そして、量子ゲートの基礎をPythonコードで実装し、コーディングについて説明しています。これらの量子ゲートを使い、量子アルゴリズムのPythonコードでの実装、量子通信プロトコルのPythonコードでの実装、グローバー探索アルゴリズムのPythonコードでの実装、量子フーリエ変換のPythonコードでの実装、ショアの因数分解アルゴリズムのPythonコードでの実装、そして、最後に、関数傾斜推定アルゴリズムのPythonコードでの実装を行なっています。これらのPythonコードを約140頁で丁寧に解説した本格的な入門書です。このテキストで十分にPythonコードによる量子プログラミングの基礎が習得できます。

【QISKit 0.4とQISKit 0.5との量子プログラミング形式の違い】
QISKit 0.4とQISKit 0.5とで、量子プログラミング形式が大きく変わりました。しかし、基本的には、 QISKit 0.4で作成した量子コードは、QISKit 0.5上でも動作可能です。QISKit 0.4での 量子プログラミング形式は、主にQuantumProgramクラスでその中で定義さ れたメソッドでレジスタ設定や量子回路設定、実行を行なっています。しかし、QISKit 0.5では、QuantumRegisterクラスやClassicalRegisterクラ スでレジスタ設定を行い、QuantumCircuitクラスで量子回路設定、execute関数で実行を行 うことになりました。ここで、量子回路での量子ゲート関連の設定はQISKit 0.4でもQISKit 0.5でもほとんど 同じです。そのために、量子プログラミングの出だしと終了が多少変更 になったと考えます。本書での量子プログラミング例は、全て最新のQISKit 0.5に対応したPythonコードで解説しています。

【特徴】 
現段階では量子計算ですべてができないので、Pythonによって古典的計算と量子計算とをハイブリッドで融合させることが得策です。つまり、Pythonプログラムで量子計算の得意な処理と古典的計算の得意な処理とを分けて、現在の組み合わせ最適化問題や有機化学のエネルギー計算などの現実問題を解決しようという試みである。Pythonプログラムで従来のIBM QXのクラウド量子計算ができて、なおかつ、古典的計算もそのクラウド量子計算に混ぜてプログラムできるので、クラウド量子計算の応用が膨大に広がったと考える。 たとえば、ガソリン車からゼロエミッションの電気自動車EVへの完全移行を考えた時、 EVが走行距離や充電サービスなどの問題で一気にシフトできない時には、ハイブリッド車で対応することが現実的な解決策である。そのように、Python方式も、クラウド量子計算で全ての問題が現段階では解決できない今、ハイブリッド車のようにクラウド量子計算の得意とするところと古典的計算の得意とするところとを組み合わせたハイブリッド方式 で、関数組み合わせ最適化問題や量子化学問題を解ければ、過渡的な段階では最良と考えられる。 たとえば、ショアの因数分解アルゴリズムで見られるように、難しい周期発見アルゴリズムはIBM QXの量子計算に任せ、最大公約数を求めるユークリッドの互除法は Pythonの古典的計算に任せるのが現実的な解法であると考えます。1+1を量子計算させる必要はない。

【著者】
中山 茂 (なかやま しげる) 京都生まれ。 京都大学大学院工学研究科博士課程修了後、上智大学、英国Reading大学、京都工芸繊維大学、兵庫教育大学、英国Oxford大学、鹿児島大学を経て、2014年に定年退職。

【著書】
「HotJava 入門」「HTML と JavaScript」(以上、工学図書)、「Turbo C、Turbo C++ グラフィックスプログラミング入門」「Fortress 言語」「量子アルゴリズム」「Java2 グラフィックスプログラミング入門」(以上、技報堂出版)、「Swift 言語入門」「Swift アプリ開発入門」「Swift Apple Watch アプリ開発入門」「クラウド量子計算入門」「Swift Mac アプリ開発入門」「Swift Playgrounds アプリデビュー」(以上、カットシステム)、「Swift Playgrounds iPadでミニゲームアプリ作成入門」「2019年版 診療放射線技師受験対策 医用工学速習」「Swift4 iPhoneX ミニゲームアプリ作成入門」「クラウド量子計算 量子アセンブラ入門」「Pythonクラウド量子計算QISKITバイブル」(以上、NextPublishing)など。

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