Amplify Quantum¶

Amplify SDK では量子コンピュータを利用した組合せ最適化計算を研究・検証するための機能を提供しています。

🔱️ 複数のデバイスとアルゴリズムに対応

IBM Quantum, Amazon Braket等で提供されている量子コンピュータを含む数多くのデバイス及び複数の量子アルゴリズムに対応しており、デバイス・アルゴリズム間の比較が簡単です。

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🔱 複数のソルバーに対応

🦖 パワフルなインターフェース

量子コンピュータをAmplify SDK のパワフルなインターフェースから利用できます。直感的な定式化から量子回路への変換、量子コンピュータを用いた求解まで一気通貫にサポートします。

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🔰 直感的で使いやすい

Amplify SDK のより詳しい特徴はこちら

量子コンピュータとは¶

量子コンピュータは、量子力学の原理に基づいて情報を処理する計算機です。古典コンピュータが \(0\) または \(1\) のいずれかの値を取る「ビット」を情報の基本単位とするのに対し、量子コンピュータでは \(0\) と \(1\) の重ね合わせを取り得る「量子ビット (qubit)」を基本単位とします。この重ね合わせの利用により、古典コンピュータでは困難な問題を効率的に扱える可能性があるとして注目されています。

こうした量子コンピュータの性質を活用した量子アルゴリズムによって、組合せ最適化計算ができることが知られています。このクラスのアルゴリズムは、量子コンピュータで量子回路の実行・測定を行い、その結果を古典コンピュータ側で最適化に用いるという役割分担を取り、現在の量子コンピュータ (NISQ デバイス) でも現実的に動作することを目指した手法として研究・開発が進められています。

量子コンピュータによる最適化¶

Amplify SDK の拡張パッケージである Amplify Quantum を利用することで量子コンピュータを使った組合せ最適化計算が実行できます。

注意

量子アニーリングマシンを使った組合せ最適化計算については、D-Wave Systemsを参照して下さい。

Amplify Quantum では、solve() 関数を呼び出すだけで、モデルから量子回路への変換・古典最適化ループ・バックエンドとの通信までを自動で実行します。対応している複数の量子コンピュータと複数の量子アルゴリズムを自由に組み合わせて簡単に最適化計算を実行できます。

以下は QAOA を実行する場合の Amplify Quantum 内部の動作です。

数理最適化モデルから量子回路への変換と古典最適化ループを担当するアルゴリズムクラスと、量子コンピュータまたはシミュレータとの通信による量子回路実行を担当するクライアントクラスが協調してローカルのPython環境で最適化を実行します。

        sequenceDiagram
    box rgba(90, 100, 120, 0.20) Amplify Quantum 内
        participant Solve as solve()
        participant Algo as アルゴリズムクラス(QAOA)
        participant Client as クライアントクラス
    end
    participant Backend as 量子コンピュータ / シミュレータ

    Solve->>Algo: 数理最適化モデル
    Algo->>Algo: 量子回路 への変換
    loop 収束するまで繰り返し
        Algo->>Algo: パラメータ θ の更新 (古典最適化)
        Algo->>Client: θ に対応する回路
        Client->>Backend: 量子回路実行 (CloudAPI / ローカル)
        Backend-->>Client: サンプリング結果
        Client-->>Algo: 測定結果 (イジング列, 出現回数)
    end
    Algo-->>Solve: 最適解