大阪大學量子資訊與量子生命研究中心的森俊夫特任研究員、束野仁政特任研究員、桝本尚之特任研究員、宮永崇史特任研究員、株式會社SEC的内田諒主任等的研究團隊開發出一種可統合量子計算和經典計算，即執行「量子經典混合演算法」的功能，並開始在大阪大學的量子計算雲服務上提供該功能。該功能可以透過臨時使用安裝在大阪大學實驗室的量子電腦，高速執行量子經典混合演算法。大阪大學是日本量子計算雲服務中首個提供混合汁算功能的機構。該成果有望加速量子經典混合演算法在未來的應用。
圖1 SSE的機制（供圖：大阪大學）
目前的量子電腦受噪音影響嚴重，只能進行有限規模的計算。因此，研究人員設計了利用量子電腦執行噪音較小的小型計算，而其他處理則用經典電腦執行的方法。在這種方法中，經典電腦處理量子電腦執行的計算結果，然後決定量子電腦執行哪些計算。其後，量子電腦再進行一次小型計算，經典電腦再決定量子電腦的下一次計算。透過這種方式在量子電腦和經典電腦之間重複計算，可以將計算範圍擴展到當前量子電腦無法單獨執行的領域。
這種方法就是量子經典混合演算法。根據計算内容的不同，量子經典混合演算法可以重複量子電腦和經典電腦的計算達幾百至幾萬次。
當客戶在量子電腦上執行計算時，是以被稱爲作業的單位執行的。由於量子電腦由多個客戶共用，因此如有其他客戶也想執行某個作業，則必須等候輪到自己。這就是多個客戶排隊等候一個視窗的情況。根據擁擠程度，客戶可能需要等候十幾秒到幾個小時才能執行作業。
到目前爲止，量子經典混合演算法都是在客戶的電腦上執行經典電腦的計算，而在量子電腦上進行重複計算時必須執行多次作業。因此，透過雲端運行量子經典混合演算法時，有時需要花費大量的等候時間，這一直是其使用的主要瓶頸。
本次，研究人員開發了一種可以加速量子經典混合演算法統合處理的功能。具體而言，就是在執行量子經典混合演算法作業時，專門佔用量子電腦，無需多次排隊等候便可在量子電腦上進行計算。此外，經典電腦的計算是在伺服器端的電腦上執行的，而非客戶的電腦。這一功能被命名爲SSE（Server Side Execution，伺服器端執行）。
客戶需建立一個執行量子經典混合演算法的Python腳本。並將建立的Python腳本作爲作業發送到雲端。在雲端，將與其他客戶一起排隊等候。
當輪到他們運行時，Python腳本會在大阪大學實驗室電腦上的容器内執行。當Python腳本運行時，量子電腦會被佔用，其他作業將排隊等候。Python腳本運行完成後，會透過雲端將結果返回給客戶。另外，量子電腦的佔用狀態被解除，可以執行其他作業。
量子經典混合演算法通常會執行採樣和目標值預估，但SSE除此之外還可以執行Python腳本。不過，存在安全侷限和執行時間侷限，並非可以無侷限地自由執行。
此次開發的SSE功能使得使用量子計算雲服務在現實時間内高效運行量子經典混合演算法成爲可能。且有望加速使用量子經典混合演算法的研究。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
