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title: QPU 演算
description: 量子プログラミングのための低水準言語
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<p>
  量子コンピュータの世界ではまだ、Python や Java のような高水準言語は登場していません。
  このため、量子プログラミングでは、今後しばらくはアセンブラ命令のような低水準言語を使っていく必要があります。
</p>

<p>
  初心者にとってひとつラッキーな点は、量子コンピュータの低水準言語は取っ付きやすい見た目であることです。
  というのも、量子コンピュータの歴史のわりと早い段階 (90 年代半ば)
  に、量子プログラムを図式として表現する方法が主流となったためです。 このため、従来の
  <code>MOV</code> や
  <code>ADD</code>
  といった文字だけの無愛想なアセンブラ命令と比べると、量子コンピュータの演算命令はグラフィカルで構造を把握しやすく、また楽譜のような美しささえあります。
</p>

<figure>
  <img
    src="./images/quantum_circuit_diagram_example.jpeg"
    class="h-auto w-full md:mx-auto md:w-2/3"
  />
  <figcaption class="text-center">
    <a href="https://arxiv.org/pdf/1802.05428.pdf"
      >Quantum Circuit Design for Training Perceptron Models</a
    >
    より引用
  </figcaption>
</figure>

<p>
  現在では、どんな量子コンピュータでも使える標準的な演算命令セットと、それぞれを表す記号 (アイコン)
  がほぼ決まっています。 代表的な基本演算を図にリストアップしました。
  詳細は後に説明するとして、まずはどんな演算があるか眺めてみましょう。
</p>

<div class="pb-10">
  <table class="table-auto border-collapse border border-slate-400">
    <thead>
      <tr>
        <th class="border border-slate-300 bg-slate-800 py-2 text-white">記号</th>
        <th class="border border-slate-300 bg-slate-800 text-white">名前</th>
        <th class="border border-slate-300 bg-slate-800 text-white">説明</th>
      </tr>
    </thead>
    <tbody>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <x-gate class="inline-block"></x-gate>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">NOT または X</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">ビットペアの入れ替え</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <circuit-step class="p-0">
            <circuit-dropzone data-connect-bottom>
              <control-gate></control-gate>
            </circuit-dropzone>
            <circuit-dropzone data-connect-top>
              <x-gate></x-gate>
            </circuit-dropzone>
          </circuit-step>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">CNOT</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">条件付き NOT</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <circuit-step class="p-0">
            <circuit-dropzone data-connect-bottom>
              <control-gate></control-gate>
            </circuit-dropzone>
            <circuit-dropzone data-connect-top data-connect-bottom>
              <control-gate></control-gate>
            </circuit-dropzone>
            <circuit-dropzone data-connect-top>
              <x-gate></x-gate>
            </circuit-dropzone>
          </circuit-step>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">CCNOT または Toffoli (トフォリ)</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">条件2個付き NOT</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <h-gate></h-gate>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">H または Hadamard (アダマール)</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">シンプルな重ね合わせの作成</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <phase-gate></phase-gate>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">Phase Shift (位相シフト)</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">相対位相を回転</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <circuit-step class="p-0">
              <circuit-dropzone data-connect-bottom>
                <phase-gate></phase-gate>
              </circuit-dropzone>
              <circuit-dropzone data-connect-top>
                <phase-gate></phase-gate>
              </circuit-dropzone>
            </circuit-step>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">CPHASE</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">条件付きの Phase Shift</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <circuit-step class="p-0">
              <circuit-dropzone data-connect-bottom>
                <control-gate></control-gate>
              </circuit-dropzone>
              <circuit-dropzone data-connect-top>
                <control-gate></control-gate>
              </circuit-dropzone>
            </circuit-step>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">CZ</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">CPHASE (<code>π</code> 回転)</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <measurement-gate></measurement-gate>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">MEASUREMENT (測定)</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">
          量子ビットを測定し <code>0</code> または <code>1</code> を返す
        </td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex flex-row gap-2">
            <write-gate data-value="0"></write-gate>
            <write-gate data-value="1"></write-gate>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">WRITE</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">指定した値で量子ビットを初期化する</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <div class="flex justify-center">
            <rnot-gate></rnot-gate>
          </div>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">Square root of NOT</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">X の平方根 (2 度適用することで X と同等の作用)</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <circuit-step class="p-0">
            <circuit-dropzone data-connect-bottom>
              <swap-gate></swap-gate>
            </circuit-dropzone>
            <circuit-dropzone data-connect-top>
              <swap-gate></swap-gate>
            </circuit-dropzone>
          </circuit-step>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">SWAP</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">2 つの量子ビットを交換</td>
      </tr>
      <tr>
        <td class="border border-slate-300 py-2 px-4">
          <circuit-step class="p-0">
            <circuit-dropzone data-connect-bottom>
              <swap-gate></swap-gate>
            </circuit-dropzone>
            <circuit-dropzone data-connect-top data-connect-bottom>
              <swap-gate></swap-gate>
            </circuit-dropzone>
            <circuit-dropzone data-connect-top>
              <control-gate></control-gate>
            </circuit-dropzone>
          </circuit-step>
        </td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">CSWAP</td>
        <td class="border border-slate-300 p-2">条件付き SWAP</td>
      </tr>
    </tbody>
  </table>
</div>