科学・技術
量子オラクルエンジニアリング入門コースを教えています
I'm teaching an introductory 12 week course on Quantum Oracle Engineering (shukla.io)
要約
この記事は、量子計算における「オラクル」の構築に焦点を当てた12週間の入門コースについて説明しています。コースでは、理論上の存在に留まりがちな量子加速の主張を支えるオラクルの実用的な回路設計から始め、モンテカルロ法、ゲーム理論、可逆計算、証明付き回路など、量子オラクルエンジニアリングの様々な側面を網羅します。最終的には、量子計算の主張を検証するための実践的なスキルを習得することを目指します。
全文翻訳
プログラマーのための正しいオラクルの構築ガイド
IEEE Quantum Week 2026 (QCE26)、トロント、カナダ。
ほとんどの量子加速の主張は、紙の上にしか存在しないオラクルに依存しています。このコースでは、実用的な量子回路を一から構築する技術を教えます。
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問題を選択し、オラクルを構築する
1. 異なるコンピュータ CPU、GPU、QPU: 3つのデバイス、3つのワークロード
QPU の仕事: サンプル数ではなく、平均クエリでより少ないサンプル数
3つの質問: タスクのランダム性、精度、オラクルのコスト
データベースに対するグローバーはデータロードに負ける
損益分岐点: スライドを見る
2. モンテカルロ加速
クエリ数はランタイムではない
ペイオフのキュービットの角度が勝利確率をエンコードする
振幅推定は、精度 ε までその角度を読み取る
k アームの最良: サンプル vs クエリ
Go は質問 1 に失敗し、バンディットは質問 3 に失敗する
Sway: 32x32 ボードで 10⁻⁴ のギャップ
同じオラクルの形状が伝染病モデルに適合する
9月8日提供開始
3. 出荷する
契約: ボード、2つの移動、ランダム性テープ、ペイオフキュービット
1ラウンド: 黒が配置し、白が配置し、すべての石がレジスタレイアウトをロールする
Qiskit における均一な移動選択(合法なセル全体)
隣接するセルとの 5 ビット比較としての d20
3x3、2ラウンド: 169 キュービット
9月15日提供開始
4. 設計による可逆性
振幅推定はロールアウトを順方向と逆方向に実行する
古いボードから決定し、シャドウボードに書き込み、古いものをインプレースで保持する
ボードが変更される前に、すでに反転した隣接セルを読み取る
移動選択スクラッチを消去する
1つのペイオフキュービット、その他すべて反転
ボードが成長するにつれて、キュービット数とゲート数
9月22日提供開始
正しく作る
5. ガベージコレクション
可逆回路には削除がない
エンタングルしたスクラッチが干渉を壊す
ベネット: 計算し、コピーアウトし、アンコンピュートする
逆関数は順方向パスと同じ入力を認識する必要がある
ピークスクラッチがキュービット数を設定する
クリーンなスクラッチは必要だが、十分ではない
9月29日提供開始
6. 消去するために測定する
教科書は回路の途中で測定しないように言っている
コンパイラはキュービットを再利用するためにスクラッチを測定する
Gidney の AND†: Toffoli の代わりに X 基底測定
ランダムな符号、1つの位相ゲートで固定される
加算器の T ゲートの半分
スクラッチがデータの基底関数を保持している場合に安全
10月6日提供開始
7. 呼び出し規約
3つのスクラッチクラス: クリーン、ボロー、条件付きクリーン
Qiskit は再利用条件をチェックされていない規約として渡す
ブロックは自身の条件を破壊できる
2つの正しいブロック、1つの保証されない境界
復元タイプ: 部分空間上の Hoare 契約
12ビットオラクル: 20キュービットから13へ
10月13日提供開始
8. 証明付き回路
真理値表は位相を見ることができない
フル基底チェックは 2ⁿ コストがかかる
証明は Lean カーネルによって再生される
ゲートごとのチェックにはゲートセットでの閉包が必要
過去の Toffoli、アサーションは指数関数的に増加する
ファミリーごとに1つの定理、ミリ秒でチェックされる
10月20日提供開始
数え、テストし、判断する
9. 量子が存在する場所
任意の2つのステップの間でステップバイステップで実行されるプロセス
古典ビットで十分だろう
1つの古典キャリアはすべてのステップで一度に機能しない(Bisio)
SHIFTS チャネル: 1キュービット入力、2キュービット出力、それを表示するために構築されたもの
量子はステップ間のメモリに存在する
10月27日提供開始
10. 全か無か
n コピーを実行しても償却されない
量子メモリ: 0 または n に線形、その間は何もない
スケーリングは除外される
状態を準備するための同じ法則
SHIFTS: コピーあたり少なくとも 0.03 キュービット
定数付きの定理
11月3日提供開始
11. 信頼せずテストする
単一キュービット測定のみのテスト
正しいデバイスのみが毎回パスする
メモリ q キュービットは最大確率でパスする
メモリが少なすぎると指数関数的に失敗する
デバイスはブラックボックスのまま
11月10日提供開始
12. 次の主張を監査する
AI 時代の仮説: 計算があらゆるギャップを埋める
壁: 微小なギャップ、還元不可能なランダム性
弱いベースライン、クエリ数がランタイムとして販売される
並列処理、ソルバーのランダム性をタスクのランダム性として無視する
「オラクルアクセスを仮定する」の背後にあるオラクルのコスト
ヘッドラインの主張に対する 3 つの質問、ライブ
11月17日提供開始
ライブチュートリアルアジェンダ
セッション 1 (90分): レッスン 1 と 2、加速する価値のある問題の特定。
セッション 2 (90分): レッスン 3 と 4、ロールアウトオラクルの構築。
実践者およびキュービット、制御ゲート、回路図に慣れている研究者向け。
講師: Nishant Shukla · アート: Lazybuns