マイクロ波制御処理の実用化に向けて

2020年度の未踏ターゲット事業に採択されましたので、わたし（今村謙之 いまむらのりつな）の担当部である

• 課題2）マイクロ波制御処理の実用化に向けての課題
  任意パルス波形生成におけるパラメータチューニングのテンプレート化と高負荷処理への対応

について、詳細を説明したいと思います。

まず、開発内容ですが、こちらの概要は採択内容のほうに書かれております。ただし、去年からの続きでありますので、去年の成果であるGNURadio向け量子ファームウェアの「GR-Quantum」をベースにどのような追加開発を行うか？ということになります。

• 開発2）パルス波発生処理の追加実装
  ・ターゲット利用者：無線家でマイクロ波を制御できる人で、量子の実機への応用を模索している人
  ・実現する機能：
  2量子ビットの内部シミュレータ
  OpenPulseからのパルス波パラメータの設定ツール
  外部連携用パルス波データの出力

大きく分けて「3つ」あります。

1. 2量子ビットの内部シミュレータ
   1. こちらは、本来なら1年目にあるべき機能でしたが、そもそものボリュームが膨大だったため、1年目の開発ではやらずに、今年に回したものとなります。そのため、1年目の続きとなります。（実際には、1年目にそれなりに実装はしてあり、もう少し作りこまないといけない部分があるという状態です。）
2. OpenPulseからのパルス波パラメータの設定ツール
   1. こちらは、新規開発の機能となります。
   2. 現在は、XゲートやYゲートなどのパルス波のパラメータ（電波の形状）は、ユーザーが自分で定義する前提となっています。しかし、実際に使う実機で使うパルス波のパラメータは決まっています。そこで、本機能で、定義済みのパルス波のパラメータを読みだして、自動で設定するようなツールを作ることを想定しています。
   3. そして、その最初のターゲットとして、パルス波のパラメータがOpenPulseとして公開されている「IBM Q」とする予定です。
3. 外部連携用パルス波データの出力
   1. こちらは、新規開発の機能となります。
   2. こちらは何のことか非常にわかりにくいのですが、「任意時間のQPUの状態を連続的に出力する機能」となります。そのため、QPUを完全にシミュレーションする必要があり、そのための機能を実装することになります。
      1. このあたりは、量子情報工学的には全く扱うことがないところのため、ほとんど参考文献がないところであり、この部分と量子情報工学を結び付けるというテーマは、非常にチャレンジングなテーマとなっております（古典コンピュータで言えば、CPUの中のトランジスタの動作の物理現象をシミュレーションするような機能となる。）
   3. ちなみに、「課題4）教育的視点での課題」により、利用されることになります。

そして、さすがに間に合わない可能性が高そうだったため、書かれてはいないのですが、本来は「FPGAによるパルス生成用のSDRボード」の開発も考えております。チップ類の選定は済んでおり、あとはPCB-CADで設計して、試作まで行ければと考えております。

というところで、みなさま、今年もよろしくお願いします。