Perceval : une plate-forme logicielle pour le calcul quantique photonique à variables discrètes

Perceval : une plate-forme logicielle pour le calcul quantique photonique à variables discrètes

Horodatage: 21 février 2023 12:54
Nœud source: 1970706

Nicolas Heurtel1,2, Andreas Fyrillas1,3, Grégoire de Gliniasty1, Raphaël Le Bihan1, Sébastien Malherbe4, Marceau Pailhas.1, Éric Bertasi1, Boris Bourdoncle1, Pierre-Emmanuel Émeriau1, Rawad Mezher1, Luka Musique1, Nadia Belabas3, Benoit Valiron2, Pascale Senelart3, Shane Mansfield1, et Jean Senellart1

1Quandela, 7 Rue Léonard de Vinci, 91300 Massy, ​​France
2Université Paris-Saclay, Inria, CNRS, ENS Paris-Saclay, CentraleSupélec, LMF, 91190, 15 Gif-sur-Yvette, France
3Centre de Nanosciences et Nanotechnologies, CNRS, Université Paris-Saclay, UMR 9001, 10 Boulevard Thomas Gobert, 91120, Palaiseau, France
4Département de Physique de l'Ecole Normale Supérieure – PSL, 45 rue d'Ulm, 75230, Paris Cedex 05, France

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Abstract

Nous présentons $Perceval$, une plate-forme logicielle open source pour la simulation et l'interfaçage avec des ordinateurs quantiques photoniques à variable discrète, et décrivons ses principales caractéristiques et composants. Son frontal Python permet de composer des circuits photoniques à partir de blocs de construction photoniques de base tels que des sources de photons, des séparateurs de faisceaux, des déphaseurs et des détecteurs. Une variété de back-ends de calcul sont disponibles et optimisés pour différents cas d'utilisation. Ceux-ci utilisent des techniques de simulation de pointe couvrant à la fois la simulation faible, ou échantillonnage, et la simulation forte. Nous donnons des exemples de $Perceval$ en action en reproduisant une variété d'expériences photoniques et en simulant des implémentations photoniques d'une gamme d'algorithmes quantiques, de Grover et Shor à des exemples d'apprentissage automatique quantique. $Perceval$ est destiné à être une boîte à outils utile pour les expérimentateurs souhaitant modéliser, concevoir, simuler ou optimiser facilement une expérience photonique à variable discrète, pour les théoriciens souhaitant concevoir des algorithmes et des applications pour des plateformes de calcul quantique photonique à variable discrète, et pour l'application concepteurs souhaitant évaluer des algorithmes sur des ordinateurs quantiques photoniques de pointe disponibles.

Résumé populaire

Nous sommes habitués à habiter un monde plein de lumière, et les photons sont les quanta individuels, ou particules, dont la lumière est composée. Cependant, lorsque nous sommes capables de manipuler la lumière au niveau des photons individuels, nous pouvons commencer à observer des effets quantiques intéressants. De plus, en codant des informations dans les photons et en les faisant interagir, nous sommes capables de traiter les informations de manière à exploiter ces effets pour effectuer des calculs quantiques.

Perceval est un cadre logiciel qui permet aux utilisateurs de définir des processus et des calculs quantiques au niveau des photons uniques. Il dispose également de connecteurs qui permettent au code indépendant du matériel d'autres cadres logiciels pour l'informatique quantique d'être traduit en paramètre photonique. Une fois qu'un calcul quantique a été défini, il peut être exécuté de différentes manières. Elle peut notamment être déléguée à un véritable processeur quantique photonique.

Les calculs peuvent également être exécutés sur n'importe lequel des backends de simulation hautement optimisés de Perceval, qui permettent essentiellement aux ordinateurs classiques de simuler le comportement d'un processeur quantique. Bien que la simulation classique ne soit pas possible indéfiniment à mesure que le matériel quantique évolue, il s'agit d'un intermédiaire important qui débloque les obstacles à l'informatique quantique à court terme, à des fins éducatives et pour la conception et le test d'algorithmes et de protocoles quantiques.

► Données BibTeX

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Cité par

[1] Rawad Mezher, Ana Filipa Carvalho et Shane Mansfield, "Résoudre des problèmes de graphes avec des photons uniques et des optiques linéaires", arXiv: 2301.09594, (2023).

[2] Mathias Pont, Giacomo Corrielli, Andreas Fyrillas, Iris Agresti, Gonzalo Carvacho, Nicolas Maring, Pierre-Emmanuel Emeriau, Francesco Ceccarelli, Ricardo Albiero, Paulo HD Ferreira, Niccolo Somaschi, Jean Senellart, Isabelle Sagnes, Martina Morassi, Aristide Lemaitre , Pascale Senellart, Fabio Sciarrino, Marco Liscidini, Nadia Belabas et Roberto Osellame, "Génération haute fidélité d'états GHZ à quatre photons sur puce", arXiv: 2211.15626, (2022).

[3] Benoit Seron et Antoine Restivo, « BosonSampling.jl : A Julia package for quantum multi-photon interferometry », arXiv: 2212.09537, (2022).

[4] Alexandre Clément, Nicolas Heurtel, Shane Mansfield, Simon Perdrix, et Benoît Valiron, « LOv-Calculus : A Graphical Language for Linear Optical Quantum Circuits », arXiv: 2204.11787, (2022).

[5] Alexis Toumi, Giovanni de Felice et Richie Yeung, "DisCoPy pour l'informaticien quantique", arXiv: 2205.05190, (2022).

[6] Yuan Yao, Filippo Miatto et Nicolás Quesada, « La représentation récursive de la mécanique quantique gaussienne », arXiv: 2209.06069, (2022).

[7] Nicolas Heurtel, Shane Mansfield, Jean Senellart, et Benoît Valiron, « Strong Simulation of Linear Optical Processes », arXiv: 2206.10549, (2022).

[8] Felix Zilk, Korbinian Staudacher, Tobias Guggemos, Karl Fürlinger, Dieter Kranzlmüller et Philip Walther, "Un compilateur pour les ordinateurs quantiques photoniques universels", arXiv: 2210.09251, (2022).

[9] Javier Osca et Jiri Vala, "Mise en œuvre de la distinction partielle des photons dans une simulation de circuit optique quantique", arXiv: 2208.03250, (2022).

[10] Andreas Fyrillas, Boris Bourdoncle, Alexandre Maïnos, Pierre-Emmanuel Emeriau, Kayleigh Start, Nico Margaria, Martina Morassi, Aristide Lemaître, Isabelle Sagnes, Petr Stepanov, Thi Huong Au, Sébastien Boissier, Niccolo Somaschi, Nicolas Maring, Nadia Belabas , et Shane Mansfield, "Certified randomness in tight space", arXiv: 2301.03536, (2023).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2023-02-21 18:04:03). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

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