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超初心者のためのテンソルネットワーク講座

  • 無印: 講義
  • HOL: Hands-on Lab (Python, Julia, Rustによる実習)
  • OPT: Optional (講座の中では触れない)
  • 角括弧: スライドの枚数

第1部: テンソルネットワークの基礎 (85分)

  • 次元の呪い

    • n次元単位球
    • 古典統計物理
    • 量子系の波動関数
    • 量子回路
  • 特異値分解と低ランク近似

    • 特異値分解
    • 特異値分解の例
    • 行列の低ランク近似
    • 行列の低ランク近似の例
    • Eckart-Youngの定理
    • HOL: 行列の特異値分解 (1_svd)
    • 画像データの圧縮
    • HOL: 二次元画像の低ランク近似 (2_image-compression)
      • data/sqai-square-gray-rgb150ppi.jpg
  • テンソルとテンソルネットワーク

    • ダイヤグラム表記
    • テンソルのデータ量
    • テンソルの縮約
    • テンソル縮約の計算量
    • HOL: テンソルの定義 (3_tensor)
    • HOL: テンソルの縮約 (4_contraction)

第2部 テンソルネットワークの利用 (75分)

  • テンソルネットワーク表現

    • MPS (Matrix Product State)
    • ベル状態
    • GHZ状態
    • HOL: MPSから状態ベクトルへの変換 (5_mps2statevector)
    • HOL: 状態ベクトルからMPSへの変換 (6_statevector2mps)
  • 量子状態のユニタリ時間発展

    • 量子回路のテンソルネットワーク表現
    • 初期状態
    • 1-qubitゲートと2-qubitゲート
    • TEBD
    • HOL: TEBD (7_tebd)
    • (OPT: カノニカル形式)
  • 階層構造の圧縮表現

    • QTT (Quantics Tensor Train)表現 [3]
    • QTT表現の例: 指数関数、三角関数 [2]
    • HOL: 一次元関数のQTT表現 (8_function2qtt)
      • 指数関数、三角関数、正規分布関数
    • QTTの微分 [2]
    • HOL: 差分演算子のMPO表現 (9_finite-difference)
    • (OPT: フーリエ変換)