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講演抄録/キーワード
講演名 2019-05-21 15:50
出力乱数の性質からみた量子コンピュータの現状
田村賢太郎鹿野 豊慶大
技報オンラインサービス実施中(通ソ/ISS/ESS/エレソのみ)
抄録 (和) 量子乱数生成器は原理上予測不可能な乱数を生成することができる. 通常は量子光学で実装されるが, 適当なプログラムを与えれば量子コンピュータも量子乱数生成器となる. 量子コンピュータで量子乱数生成器を実現させるプログラムのうち, 最もシンプルなものは全ての量子ビットにアダマールゲートを作用させ, 測定を行うというものである. 本研究では, IBM の超伝導型量子コンピュータ(IBM 20Q Tokyo)上でこのプログラムを繰り返し実行し, 測定結果を順番に並べることで長さ43,560の出力を得た. この出力に NISTの乱数検定より最初の6つの試験を適用したところ, 結果は不合格であった. このことから, 出力の0と1の割合に顕著な偏りがあり, 相関が存在することがわかった. 乱数抽出によって検定に通るサンプルを得られたが, サンプルサイズが小さいため, 抽出法の有効性を示すには至っていない. 今後, 乱数の偏りと相関が生じる物理的な原因を明らかにできれば, 出力乱数の性質は量子コンピュータのベンチマークとしての役割を担う可能性がある. 
(英) The stochastic nature of quantum computers allows the generation of true random numbers. This is because the measurement outcome is probabilistic under the axioms of quantum physics. While the classical computer’s output can be predicted with knowledge of its input and program, the classical output of a quantum computer cannot be predicted [M. Herrero-Collantes and J. C. Garcia-Escartin, Rev. Mod. Phys. 89, 015004 (2017)]. This unpredictability is essential to the generation of true random numbers. In theory, therefore, quan- tum computers should be capable of producing true random numbers. We show that the output generated by a 20-qubit superconducting quantum computer (IBM 20Q Tokyo) with a simple circuit using the Hadamard gate on all 20 qubits does not qualify as true random numbers. The reason behind this is the existence of errors. Firstly, the probability of 0s and 1s of individual qubits were not equal, thereby causing a bias in the output. Secondly, the output of the qubits were correlated. However, with a combination of the Samuelson’s extractor and the von Neumann’s extractor, uniform bit sequences were extracted.
キーワード (和) 量子乱数生成器 / 量子計算器 / 乱数抽出 / 乱数検定 / / / /  
(英) true random number generator / quantum random number generator / IBM Q / randomness extraction / min-entropy / / /  
文献情報 信学技報
資料番号  
発行日  
ISSN Print edition: ISSN 0913-5685  Online edition: ISSN 2432-6380

研究会情報
研究会 QIT  
開催期間 2019-05-20 - 2019-05-21 
開催地(和) 九州大学 筑紫キャンパス 
開催地(英) Kyushu University, Chikushi Campus 
テーマ(和) 量子情報, 一般 
テーマ(英) Quantum Information 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 QIT 
会議コード 2019-05-QIT 
本文の言語 英語(日本語タイトルあり) 
タイトル(和) 出力乱数の性質からみた量子コンピュータの現状 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Quantum Computer Status Check via Output Random Numbers Sequence 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) 量子乱数生成器 / true random number generator  
キーワード(2)(和/英) 量子計算器 / quantum random number generator  
キーワード(3)(和/英) 乱数抽出 / IBM Q  
キーワード(4)(和/英) 乱数検定 / randomness extraction  
キーワード(5)(和/英) / min-entropy  
キーワード(6)(和/英) /  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 田村 賢太郎 / Kentaro Tamura / タムラ ケンタロウ
第1著者 所属(和/英) 慶應義塾大学 (略称: 慶大)
Keio University (略称: Keio Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 鹿野 豊 / Yutaka Shikano / シカノ ユタカ
第2著者 所属(和/英) 慶應義塾大学 (略称: 慶大)
Keio University (略称: Keio Univ.)
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講演者
発表日時 2019-05-21 15:50:00 
発表時間 20 
申込先研究会 QIT 
資料番号  
巻番号(vol)  
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