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An interactive hybrid quantum-classical optimization simulator that combines quantum processors with classical computers to solve complex problems. Explore Variational Quantum Eigensolver (VQE) for molecular simulation, QAOA for combinatorial optimization, and quantum machine learning with real-time visualization of the optimization landscape.

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これは何?

🎯 シミュレーターのヒント

📚 用語集

Variational Quantum Eigensolver (VQE)
古典的なフィードバックを使用してパラメータ化された量子回路を繰り返し最適化することにより、分子の基底状態エネルギーを見つけるハイブリッド アルゴリズム。
QAOA
量子近似最適化アルゴリズム - 交互の量子操作を使用して組み合わせ最適化問題を解決するハイブリッド手法。
Ansatz
変分アルゴリズムで使用されるパラメーター化された量子回路テンプレート。そのパラメーターは古典的なコンピューターによって最適化されます。
Cost Function
特定のソリューションがどの程度優れているかを定量化する数学関数。ハイブリッド アルゴリズムはこれを最小化または最大化しようとします。
Barren Plateau
コスト関数の勾配が量子ビットの数とともに指数関数的に消える現象で、古典的な最適化が非常に困難になります。
Classical Optimizer
測定結果に基づいて量子回路パラメータを調整する古典的なアルゴリズム (COBYLA、Adam、L-BFGS など)。
Circuit Depth
量子回路内の連続するゲート層の数。計算時間とノイズの蓄積に直接影響します。
Gate Synthesis
複雑な量子演算を特定のハードウェアに固有の基本ゲートのシーケンスに分解すること。
Transpilation
ネイティブ ゲート セットや量子ビット接続などのハードウェア制約を満たすように量子回路を変換します。
Error Mitigation
ゼロノイズ外挿など、完全な量子誤差補正を行わずに量子計算に対するノイズの影響を軽減する手法。
Noise Model
ゲート エラー、測定エラー、デコヒーレンスなど、量子プロセッサに影響を与えるエラーの数学的説明。
Convergence
最適解に近づく最適化アルゴリズムのプロセス。連続する反復結果間の差異の減少によって測定されます。
Measurement Shots
期待値を推定するための統計を構築するために、量子回路が実行および測定される回数。
Ground State Energy
量子システムの可能な限り最も低いエネルギー。VQE アルゴリズムは、分子シミュレーション アプリケーションでこのエネルギーを見つけることを目的としています。
Qubit Connectivity
量子プロセッサ上の量子ビット間の接続の物理的なレイアウト。どの 2 量子ビット ゲートを直接実行できるかを決定します。
Hardware-Efficient Ansatz
ターゲット ハードウェアに固有のゲートのみを使用し、その量子ビット接続を尊重するパラメーター化された回路設計で、トランスパイルのオーバーヘッドを最小限に抑えます。
COBYLA
線形近似による制約付き最適化 - VQE で一般的に使用される勾配のない古典的なオプティマイザで、ノイズの多い量子測定に適しています。
MaxCut Problem
2 つの頂点グループ間のエッジの最大数を求めるグラフ理論の最適化問題。QAOA のベンチマークに一般的に使用されます。
Hamiltonian
量子システムの総エネルギーを記述する数学演算子。VQE アルゴリズムがその基底状態を見つけようとします。
Variational Principle
あらゆる試行状態のハミルトニアンの期待値は常に真の基底状態のエネルギー以上であるという量子力学の原理。
Gradient Descent
コスト関数が最も急峻に減少する方向にパラメータを繰り返し調整する古典的な最適化アルゴリズム。
Expectation Value
同一に準備された量子状態を何度も繰り返し測定して、観測可能な量子を測定した平均結果。
Fidelity
2 つの量子状態が互いにどれだけ近いかを示す尺度。0 (直交) から 1 (同一) までの範囲です。
Pauli Decomposition
ハミルトニアンをパウリ行列のテンソル積の加重和として表現し、量子ハードウェアでの計測を可能にします。
Quantum Volume
量子ビット数、接続性、ゲート忠実度を組み合わせて、量子プロセッサの全体的な能力を測定する指標。
Quantum Advantage
量子コンピューターが従来のコンピューターよりも高速または効率的に実際の問題を解決できることを実証します。
Adiabatic Theorem
外部条件が十分にゆっくりと変化する場合、量子システムは基底状態に留まるという原則であり、量子アニーリングの基礎です。

🏆 主要人物

Alberto Peruzzo (2014)

フォトニック量子プロセッサ上で変分量子固有ソルバー (VQE) の最初の実験的デモンストレーションを主導し、ハイブリッド量子古典最適化が実験的に実行可能であることを証明

Edward Farhi (2014)

量子近似最適化アルゴリズム (QAOA) と量子断熱計算の概念を共同発明し、量子最適化の基礎フレームワークを提供

Jarrod McClean (2016)

変分量子アルゴリズムの理論的枠組みを開発し、不毛のプラトー問題を特定し、量子と古典のハイブリッド最適化の理解を根本的に形成しました。

Abhinav Kandala (2017)

IBMによる超伝導量子ハードウェア上の分子シミュレーション用VQEの実験デモンストレーションを主導し、実用的な量子化学を前進させた

Maria Schuld (2018)

変分量子回路と機械学習の接続を開拓し、ハイブリッド アルゴリズムによる量子機械学習の分野を確立

Alain Aspuru-Guzik (2005)

化学シミュレーションに量子コンピューターを使用する独自のアイデアを提案し、量子コンピューターと計算化学の橋渡しとなる VQE を共同開発

Ryan Babbush (2018)

Google の量子アルゴリズム チームを率いて、効率的な量子化学シミュレーション手法を開発し、実際の量子ハードウェアで VQE を実証

🎓 学習リソース

💬 学習者へ

{'encouragement': "Hybrid quantum-classical computing is where theory meets practice in today's quantum world. You do not need to wait for fault-tolerant quantum computers to start solving real problems - the algorithms you explore in this simulator are running on actual quantum hardware right now, tackling challenges in chemistry, finance, and logistics.", 'reminder': 'The most important skill in hybrid quantum computing is not mastering every technical detail - it is developing intuition for how quantum and classical resources can complement each other. Every time you run an optimization and watch the convergence plot, you are building that intuition.', 'action': 'Start with the Water molecule (H2) preset and run the VQE optimization. Watch how the energy converges toward the ground state as the classical optimizer adjusts the quantum circuit parameters. Then try increasing the noise level to see how real-world hardware imperfections affect the results.', 'dream': "We dream of a future where a chemistry student in Ethiopia can simulate novel drug molecules on quantum hardware, where an operations researcher in Cambodia can optimize supply chains using QAOA, and where hybrid quantum computing becomes a standard tool in every scientist's toolkit, regardless of their location or resources.", 'wiaVision': 'WIA Book envisions hybrid quantum-classical computing as the bridge to practical quantum advantage, and our simulators as the on-ramp for the next generation of quantum scientists. By making these advanced algorithms interactive and visual, we transform intimidating mathematics into intuitive understanding.'}

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