GMOアドマーケティング(株)のK.Aです。

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サンプルコードの動作確認

詳しい内容は、下記にリンクされている記事を参照して下さい。

https://techblog.gmo-ap.jp/2018/01/11/%E7%92%B0%E5%A2%83%E6%A7%8B%E7%AF%89%E3%81%8B%E3%82%89%E5%A7%8B%E3%82%81%E3%82%8B%E7%84%A1%E5%84%9F%E3%81%AE%E9%87%8F%E5%AD%90%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%86%E3%82%A3%E3%83%B3/

では、今回はサンプルコードを元に、その内容を検証したい。

サンプルコードを見る

ダウンロードしたサンプルでは、Q#(TeleportationSample.qs)で記述した量子プログラムをシミュレーションし、量子ビットにテレポートするようになっている。

まずはQ#(TeleportationSample.qs)を見てみることにする。

TeleportationSample.qs

namespace Microsoft.Quantum.Examples.Teleportation {
    open Microsoft.Quantum.Primitive;
    open Microsoft.Quantum.Canon;

        operation Teleport(msg : Qubit, there : Qubit) : () {
        body {

            using (register = Qubit[1]) {
                // Ask for an auxillary qubit that we can use to prepare
                // for teleportation.
                let here = register[0];

                // Create some entanglement that we can use to send our message.
                H(here);
                CNOT(here, there);

                // Move our message into the entangled pair.
                CNOT(msg, here);
                H(msg);

                // Measure out the entanglement.
                if (M(msg) == One)  { Z(there); }
                if (M(here) == One) { X(there); }

                // Reset our "here" qubit before releasing it.
                Reset(here);
            }

        }
    }

    operation TeleportClassicalMessage(message : Bool) : Bool {
        body {
            mutable measurement = false;

            using (register = Qubit[2]) {
                // Ask for some qubits that we can use to teleport.
                let msg = register[0];
                let there = register[1];

                // Encode the message we want to send.
                if (message) { X(msg); }

                // Use the operation we defined above.
                Teleport(msg, there);

                // Check what message was sent.
                if (M(there) == One) { set measurement = true; }

                // Reset all of the qubits that we used before releasing
                // them.
                ResetAll(register);
            }

            return measurement;
        }
    }

   }

				
					
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						namespace Microsoft.Quantum.Examples.Teleportation {
    open Microsoft.Quantum.Primitive;
    open Microsoft.Quantum.Canon;
 
        operation Teleport(msg : Qubit, there : Qubit) : () {
        body {
 
            using (register = Qubit[1]) {
                // Ask for an auxillary qubit that we can use to prepare
                // for teleportation.
                let here = register[0];
 
                // Create some entanglement that we can use to send our message.
                H(here);
                CNOT(here, there);
 
                // Move our message into the entangled pair.
                CNOT(msg, here);
                H(msg);
 
                // Measure out the entanglement.
                if (M(msg) == One)  { Z(there); }
                if (M(here) == One) { X(there); }
 
                // Reset our "here" qubit before releasing it.
                Reset(here);
            }
 
        }
    }
 
    operation TeleportClassicalMessage(message : Bool) : Bool {
        body {
            mutable measurement = false;
 
            using (register = Qubit[2]) {
                // Ask for some qubits that we can use to teleport.
                let msg = register[0];
                let there = register[1];
 
                // Encode the message we want to send.
                if (message) { X(msg); }
 
                // Use the operation we defined above.
                Teleport(msg, there);
 
                // Check what message was sent.
                if (M(there) == One) { set measurement = true; }
 
                // Reset all of the qubits that we used before releasing
                // them.
                ResetAll(register);
            }
 
            return measurement;
        }
    }
 
   }

					

			

1～3行目：こちらはMS製品でお馴染みのネームスペースの定義

operation Teleport

5行目：関数の定義。operationがいわゆる function メソッドに相当し、Teleport が関数名となる。尚、Q#のoperationは同名の.NETクラスにコンパイルされ、RUNメソッドにシミュレータと引数を渡すことで実行できる。
6行目：bodyに関数の内容を記述する。
8行目：1キュービットの作成。この場合register[0]が生成される。
11行目：Q#の特徴のひとつ、let で不変変数を定義。逆に可変変数を定義する場合はmutableを使用する。ここでは、先ほど生成した1キュービットを不変変数hereに割り当てる。
14,15行目：ここからが本番。1キュービット上における量子現象でHゲート（重ね合わせ（superposition））。H(here)、CNOT(here、 there )と量子ビットに量子ゲートを作用させる。
18,19行目：CNOT(msg、here)、 H(msg)と量子ビットに量子ゲートを作用させる。
22行目：ここは普通に条件分岐。M(msg)でmsgの値を測定し、値がOne（１）だったら引数thereに対しZゲートを作用させ位相反転(-1をかける)させる。
23行目：こちらも上に同じく条件分岐。不変変数hereを測定し、値がOneだったら引数thereに対しXゲートを作用させ値を反転させる。
26行目：不変変数hereをリセット。ここまでがTeleport が関数となる。

operation TeleportClassicalMessage

34行目：可変変数measurement を FALSEで初期化。
36行目：2キュービットの作成。この場合register[0]とregister[1]が生成される。
38,39行目：let で不変変数を定義。
42行目：条件分岐。引数messageの値がTRUEだったら不変変数msgに対してXゲートを作用させ値を反転させる。
45行目：上記で作成した Teleport 関数の呼び出し、引数は上で初期化した不変変数msg,thereを指定。
48行目：不変変数thereを測定し、値がOneだったら変数measurement に対しsetでTRUEを代入。
52行目：キュービットregisterを全てリセット。
55行目：呼び出し元に、measurement （TRUE/FALSE）を返す。

次回予告

ロジック周りを記述したC#(Program.cs)を見て動作を検証してみる。

K.A

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サンプルコードを見る

operation Teleport

operation TeleportClassicalMessage

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