皆様、あけましておめでとうございます。 新年早々いいニュースを報告することになりました。 この度、国際学会である 11th International Conference on Computer Science, Information Technology (CSITEC 2025) に論文が採択されました。
既にアブストラクトを読める状態ですが、これからオープンアクセスでだれでも本文全文を読めるようになります。
この論文は、時間結晶を用いたノイズと共存可能な量子計算を提案し、その万能ゲート型と断熱量子計算における計算結果を示すものです。 結果、万能ゲート型においてはいくつかの改善点はあるものの、断熱型においては高精度の計算が可能であることが明らかになりました。
これは、量子計算機と断熱量子計算機となる新たな量子計算の可能性を示すとともに、天然の量子計算機が存在する可能性を示すものです。
https://necom2025.org/csitec/papers
幼虫の身分に固執するべきだった
未完成にとどまり 進化を拒み 胎児の恍惚に包まれて
静謐の内に絶滅するべきだった。
エミール ミハイ シオラン / 生誕の災厄
生きるのって大変ですよね。不条理と理不尽まみれなのはここまで文明化されて、科学技術の進歩で生活には困らなくなったのに相変わらずで、格差の拡大で才能と財力に特段恵まれた人間以外はあるものまで根こそぎ奪われる。
水も食料も息を吸うことさえも無償ではできず、それどころか値上げでその値段すら上がってるのが現状ですよね。
こんな世界は誰かが終わらせて楽園を実現してほしいと願っている方も多いはずです。
あらゆる構成員の食料と水と空気と人権、そして健康が無条件に保証された社会の実現を願う方も多いはずです。
しかし、考えて頂きたい、それで本当に楽園が実現するんでしょうか。
それをマウスで検証した四年にわたる壮大な実験があります。
そう、知る人ぞ知る楽園実験 Universe 25 [ 1 ] です。
これはハツカネズミ ( 以降マウス ) を移住、天敵による捕食、水、食料の欠乏、場所の不足、伝染病をはじめとする病の五つの死因から無縁の環境におかれたマウスがどのような社会を形成するのか観察する実験です。
ユニバースと呼ばれた実験系にはメッキされた亜鉛版で移住は出来ないように壁が設けられ、それぞれのマウスには 256 の 15 匹が暮らせる 4 部屋の巣穴が用意され、水は最大二匹ずつ、食料は最大で 25 匹が同時に食べられるように巣穴に続く道の途中に、また温度は通年 22 - 33 度にとどまるように調節され、実験系は屋内でした。
さらにマウスは予防接種済みの個体を最初の構成員として用意しました。
この系は最大 3800 匹のマウスを問題なく収容し、水も 6800 匹を超えるまで不足しない・・・はずでした。
結論から言いますと、マウス達は本能的習性がことごとく裏目に出た末に自己破滅の道を辿りました。
実験開始からそれまでの 1780 日でマウス達は下記の過程で滅んでいきました。
A : 入植期
予防接種されたうえで育てられた健康な 21 日齢のマウスを実験系にオスメスそれぞれ四匹を投入するところから実験は始まりました。 そのマウス達は新しい環境に 104 日かけて順応し、繁殖を始めました。
B : 繁殖期 104 - 315 日
環境に適応したマウス達は繁殖をはじめ、その数は五日でほぼ倍になるほどでした。
このころからマウスの生息域と人工の分布に偏りが出始め、最大で 111 匹が暮らす縄張りと最小で 13 匹が多くの巣穴を占有する縄張りが出来、人口の増加速度も同様の差異が見られるようになりました。
C : 停滞期 315 - 560 日
このころになると、マウスの人口増加は突然鈍化し、異変が各縄張りに現れました。
各縄張りにおける社会的地位の世代交代により生じる空き数は新たに生まれてくる個体数を下回るようになり、結果世代間での社会的地位をめぐる闘争が発生し、それらは非常に激しいものだったようです。
本来、マウスは群れの人口が過密になり、社会的地位が埋まると余ったマウスは追放されて他で新たな縄張りを形成します。
この系では移住は出来ないため、各縄張りに所属していたうちの三分の二が系中央の床に集まり床で寝るようになりました。
食料と水は巣穴に向かうトンネルの中でしか手に入らないため、彼らはなわばりに侵入して食事をしなければならず、そのためなわばりの防衛についていたマウス達は階級闘争と元の同胞たちとの戦いをしなければならず、巣の防衛は間に合わなくなり、ついにはメスがその役目を負うようになり暴力的になっていきました。
そうして、メスたちは我が子を運ぶ際によく落とすようになり、流産率も上昇し、我が子にときに暴力を振るい、体毛が生えそろう生後一週間程度で巣穴から追い出すようになりました。
そして一方で、縄張りに残り社会的地位につき続けたオスも二匹以上が巣穴に戻るとそこに休んでいたオスがいる場合暴力を振るうようになり、結果暴力を振るわれたオスも他のオスに暴力を振るうようになりました。
マウスは穴倉に集団生活をし、親から近所づきあいなどの社会性を学び、成長するとオスにはなわばりの防衛あるいはボス、メスには妊娠出産子育ての役割が与えられ、オスの場合は社会的地位と伴侶の座を、殴り合い噛み合いのケンカで争います [ 2 ] 。
また、オスは攻撃を経験するとするされるにかかわらず攻撃的になり、ほかのオスを見るなり攻撃するようにもなります。
こうして母親には虐待され、オスには暴力と共食いのリスクから関われず、社会性を学ぶことなく育ったオスは他のマウスとの争いを避け、生殖行為も行わず食事と毛づくろいのみをして生きるようになりました。
彼らは論文内では beautiful ones ( 美しい人 ) と呼ばれています。
余談ですが、彼ら美しい人を他の実験系に移し、メスのマウスと暮らさせたところ興味を示さず、相変わらず毛づくろいと食事のみをしていたことが報告されています。
また同様の親に育てられたメスのマウスは流産率が極めて高く、最終的には正常な出産をしなくなりました。
D : 終末期 560 - 1780 日
入植から 560 日目に突然人口の増加が停止して、人口はそこから単調減少していきました。
この時残っていたのは親に虐待された世代のみな上に高齢化も進んでおり、それからオスが 1780 日目にして全滅することでこの実験系におけるマウスは絶滅が決定しました。
たとえどれだけ食料と水と十分なスペースを無償で与え、健康を保証しようとも遺伝子にプログラムされた本能は地獄のような環境に適応して最適化されていることがほとんどであるため、それが楽園に適応できずに格差や暴力を蔓延させ、最終的には種の自己破滅が到来するのはある意味当然の帰結と言えます。
最初に生誕の災厄から言葉を引用したシオラン氏も、人間は進化しすぎたから楽園が手に入らないと考えていたようですが、それはマウスも同じようです。
人間でも旧石器時代に最適化された様々な形質故にいろいろな悩みを抱えている人も少なくありません。
例えば、うつ病や適応障害、ギャンブル依存症などがそうであるとされています。
世界の神話に始まり、様々な楽園が考えられてきましたが、結局人間自体を変えない限り楽園は実現しそうにはないようです。
真の楽園が欲しければ、それを享受する側も人間であることかあるいはそれ以前に生物であることを差し出す必要があるのでしょう。
存在は必ず悪夢を生み出す
ならば、存在よりはいくらかましなものを発明しようではないか。
エミール ミハイ シオラン / 生誕の災厄
[ 1 ] John B Calhoun , Proc R Soc Med. 1973 Jan;66(1 Pt 2):80–88.
[ 2 ] Itakura, Takumi et al. Neuron, Volume 110, Issue 15, 2455 - 2469.e8.
今回は、クォンティニュアム社が開発した新規 VQE である Filtering VQE の解説をします。
これは、フィルタを利用することで勾配計算を行う際に収束を早めるものです。
通常の VQE は評価関数をエネルギーを状態で挟んだ期待値としますが、この手法はハミルトニアンを含んだフィルタ を パラメトリック量子回路とパラメーター更新前の状態で挟んだ内積を計算し、その微分値でパラメーターを更新します。
論文では因果円錐計算法など様々なテクニックを用いて、マックスカット問題におけるハミルトニアンを量子アニーリング方式で解いています。
そうして、自社のイオントラップ型量子計算機で量子ビット数を変えて計算を行ったところ、逆ハミルトニアン、対数ハミルトニアン、虚時間発展演算子フィルタで通常の VQE と Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) における計算精度を上回り、計算時間も短くなりました。
VQE における精度向上の手段はいくつかありますが、最適化の手法を改善するのはあまり例を見ません。
この手法はいずれ発展型が開発されて今後のスタンダードになるかもしれません。
因果円錐計算法 : 期待値計算の際に不要なゲートを削除して行うことでエラーの可能性と計算時間を低減する手法の一つ。相対論における因果円錐に似ていることからこの名が付きました。
マックスカット問題 : 無向グラフに一度だけ切れ目を入れて、カットされたノードの重みが最大になるようにする問題。
https://arxiv.org/pdf/2106.10055
In this article, we present an explanation on how to handle the simplest noise in quantum computers, natural radiation, in theory. Spontaneous emission is the process of state transition by emitting photons in any quantum system. It is the simplest of the states that can be solved by the master equation. To do so, we solve the master equation as shown below [1].
+\gamma(\bar{n}+1)(\sigma^+ \rho \sigma^- -\frac{1}{2}\sigma^- \sigma^+ \rho -\frac{1}{2}\rho \sigma^- \sigma^+)+\gamma\bar{n}(\sigma^- \rho \sigma^+ - \frac{1}{2}\sigma^+ \sigma^-\rho -\frac{1}{2}\rho \sigma^+ \sigma^-) -(1) ]
where and
are the decoherence factor and the number of photons in Bose-Einstein statistics, respectively. The Hamiltonian is as follows
[tex: H=\frac{1}{2}\omega_0 \hbar \sigmaz -(2) ]
Solve for this and you get
[tex: \frac{d\rho}{dt} = \left( \begin{array}{cc} -\gamma\bar{n}\rho{00}+\gamma(\bar{n}+1)\rho{11} & -0.5(\omega_0 i + 2\gamma\bar{n}-\gamma)\rho{01} \ 0.5(\omega_0 i -2\gamma\bar{n}-\gamma)\rho{10} & \gamma\bar{n}\rho{00}-\gamma(\bar{n}+1)\rho{11} \end{array} \right) -(3) ]
The diagonal term is
We can solve this in the same way as solving a simultaneous differential equation, we have the following
From equations (4) and (5), the coefficients look like this
Thus, each element of the density operator looks like this
[tex: \rho{00}(t)&=&Ae^{-(2\bar{n}+1)\gamma t}+\frac{\bar{n}+1}{2\bar{n}+1} \ \rho{11}(t)&=&Ae^{-(2\bar{n}+1)\gamma t} + \frac{\bar{n}}{2\bar{n}+1} \ \rho{10}(t)&=&A_1e^{-\frac{1}{2}(2\bar{n}+1)\gamma t}e^{\frac{1}{2}\omega_0 it} \ \rho{01}(t)&=&A_2e^{-\frac{1}{2}(2\bar{n}+1)\gamma t}e^{-\frac{1}{2}\omega_0 it} -(7) ]
We can see that the damping term in the non-diagonal term is exactly half of the damping term in the diagonal term. This is the inverse of what is called the transverse and longitudinal relaxation times, respectively. This means that the superposition in the quantum state is stronger than in the classical state. Since this is a calculation of natural radiation, I used a lot of equations, but even this is a small number for a noise calculation. The calculation is quite trivial, but I hope you will be able to see for yourself because it is simple.
[1] Giuliano Benenti, Giuliano Casati, and Giuliano Strini. Principles of Quantum Computation and Information Volume I: Basic Concepts, Springer, 2004
In this article, I will explain the results of the reproduction of Hawking radiation1* using a quantum electronic circuit that was recently published. In this paper, I will explain the results of the reproduction of Hawking radiation using a quantum electronic circuit, which uses a Josephson device to create a pseudo-Schwarzschild radius2* using a potential on the circuit to create a situation where photons cannot escape from the potential, and the electromagnetic waves emitted from the potential reproduce Hawking radiation.
An artificial black hole can be reproduced on a circuit.
The artificial black hole can be reproduced on the circuit, and the Hawking radiation can be reproduced in the tunnel.
However, this has not been actually observed, and there are various models of black holes.
The Josephson device is used in the circuit shown in Fig. 1, so that the electric field potential that captures a photon reproduces the Schwarzschild radius of a black hole. In this way, we can reproduce the model where the incident light is reflected twice inside the black hole and then emitted outside as Hawking radiation.
Figure 1: Circuit for reproducing a black hole. The area enclosed by the square is repeated.
When the circuit shown in Figure 1 is connected, because of the phase of the Josephson device, an electric field appears that traps photons so that they cannot escape in the middle of the circuit. This circuit reduces the photon speed to 1/100 of its original speed. In this circuit, the photon cannot exit the electric field unless it exceeds the speed limit within the circuit. Therefore, the only way to escape this electric field is through the tunneling effect. Photons are reflected in the electric field, and when they come out, they are in a different state than when they entered. Thus, it was confirmed that the larger the group velocity of the photons, the higher the Hawking temperature (the temperature of Hawking radiation) becomes. However, we have not yet been able to reproduce this to the point where it is inversely proportional to volume.
There are still many mysteries about black holes, and Hawking radiation has not been observed because the temperature is too low. The fact that only the antiparticles in Hawking radiation are taken up by the Schwarzschild radius and evaporate the black hole is only true because it is consistent with the entropy-increasing law, and it may be that the same amount of particles are actually absorbed by the black hole. This may be derived from CP symmetry breaking, but I don't know yet because I don't know much about elementary particles3*. Furthermore, various theories have been proposed for the structure of black holes, as shown in Figure 2. (1) a black hole with a conventional singularity, (2) a black hole with no interior in the de jitter picture, and (3) a model in which the black hole is filled with unobservable dense particles [1]. The results in this paper reproduce those in the (1) and (3) pictures. However, there are still many issues to be addressed in this research, and further development is expected.
Figure 2: Model of a black hole. (1) A typical black hole. The singularity is at the center. (2) A de jitter black hole. A black hole has no internal structure. (3) A model in which an ultra-dense object is the interior of a black hole.
1* A general term for the synchrotron radiation and particles that are said to be emitted from a black hole. It is considered hopeless to observe because it is only about a few millikelvin.
2* The radius at which space is so distorted that even light cannot escape, and gravity is so great. In general relativity, time stops here.
3* Superstring theory seems to be able to explain this.
Quantum-circuit black hole lasers | Scientific Reports (nature.com)
Universe | Free Full-Text | Black Hole as a Quantum Field Configuration (mdpi.com)
In this article, we present an experimental study of entanglement entropy and correlation between artificially created localized systems. Localized systems are not in thermal equilibrium and the eigenstate thermalization hypothesis is not applicable. In this paper, the Aubry-Andre system is used. The Aubry-Andre system is a boson lattice system that can be easily turned into a localized system by adding defect terms. This Hamiltonian is
The result is where J is the tunneling effect coefficient, U is the Coulomb term, is the coefficient of the defect potential, and W is its strength. Also,
are the operators that create and annihilate bosons at site i, respectively, and
is the number operator for site i. It has been confirmed that the maximum single-site entropy of this system alone becomes smaller as W is amplified, and its accumulation with time does not reach thermal equilibrium, and its value is smaller than that of the system with zero defect term. The number entropy, which is the usual quantum state entropy, and the configuration entropy,
, which increases in proportion to the total amount of entanglements, were calculated and compared between the state of W=1.0, which is an integrable system with a site number of 8 on a one-dimensional lattice, and the state of W=8.9, which is a localized system. As a result, the number entropy increased more slowly in the localized system, while the configuration entropy started to increase after the number entropy converged, and the increase was also slower. Furthermore, it was confirmed that the difference in the size of the connected systems determines the maximum value of entropy, which reaches its maximum when the system size is half that of the connected systems, and becomes smaller the further away it is.
The result that a localized system, which does not reach thermal equilibrium, reaches thermal equilibrium when connected to another system may come as a shock to those who study quantum information and quantum computing hardware. If you are familiar with various physical phenomena, it may seem natural to you. However, it is still a topic that is expected to be developed in the future. For example, it is possible to find a way to suppress both entropies of the connection.
https://arxiv.org/abs/1805.09819
