1Khoa Vật lý, Đại học Hoàng gia Luân Đôn, Luân Đôn SW7 2AZ, Vương quốc Anh
2Viện Nghiên cứu Cao cấp Hàn Quốc, Seoul, 02455, Hàn Quốc
3Khoa Điện toán, Đại học Hoàng gia Luân Đôn, Luân Đôn SW7 2AZ, Vương quốc Anh
4Trường Vật lý và Thiên văn, Đại học Leeds, Leeds, LS2 9JT, Vương quốc Anh
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Ước tính xác suất kết quả thông qua các phương pháp cổ điển là một nhiệm vụ quan trọng để xác thực các thiết bị máy tính lượng tử. Xác suất kết quả của bất kỳ mạch lượng tử nào có thể được ước tính bằng cách sử dụng lấy mẫu Monte Carlo, trong đó lượng điện tích âm có trong biểu diễn khung mạch định lượng chi phí trên số lượng mẫu cần thiết để đạt được độ chính xác nhất định. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất hai quy trình con cổ điển: hợp nhất cổng mạch và tối ưu hóa khung, giúp tối ưu hóa biểu diễn mạch để giảm chi phí lấy mẫu. Chúng tôi chỉ ra rằng thời gian chạy của cả hai quy trình phụ có tỷ lệ đa thức về kích thước mạch và độ sâu cổng. Các phương pháp của chúng tôi có thể áp dụng cho các mạch chung, bất kể bộ cổng tạo, kích thước qudit và biểu diễn khung đã chọn cho các thành phần mạch. Chúng tôi chứng minh bằng số rằng các phương pháp của chúng tôi cung cấp khả năng mở rộng quy mô được cải thiện trong chi phí tiêu cực cho tất cả các trường hợp đã thử nghiệm của các mạch ngẫu nhiên với các cổng ngẫu nhiên Clifford+$T$ và Haar, đồng thời hiệu suất của các phương pháp của chúng tôi so sánh thuận lợi với các trình giả lập gần đúng xác suất trước đây như số lượng cổng phi Clifford tăng lên.
Hình ảnh nổi bật: Bản phác thảo thói quen của chúng tôi trên mạch đồ chơi. Bước đầu tiên (a) $rightarrow$ (b) là hợp nhất cổng, ở đây được triển khai với $n = 2$. Các cổng chia sẻ dây đầu vào và đầu ra hợp nhất theo cách sơ đồ được mô tả trong hình. Bước thứ hai (b) $rightarrow$ (c) là tối ưu hóa khung, ở đây được triển khai với $ell= 2$ trong một khối $B$ bao gồm ba cổng được hợp nhất. Kết quả tối ưu hóa thành các khung được cập nhật $G_4, G_7$, trong khi các khung còn lại kết nối khối $B$ với phần còn lại của các thành phần mạch không thay đổi trong chu kỳ tối ưu hóa này.
Tóm tắt phổ biến
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] RP Feynman, Tạp chí Vật lý Lý thuyết Quốc tế 21, 467 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02650179
[2] J. Preskill, “Tính toán lượng tử 40 năm sau,” (2021), arXiv:2106.10522.
arXiv: 2106.10522
[3] R. Jozsa và MV den Nest, Quantum Inf. Điện toán. 14, 633 (2014).
[4] DE Koh, Thông tin lượng tử. Điện toán. 17, 262–282 (2017).
[5] S. Aaronson, A. Bouland, G. Kuperberg và S. Mehraban (Hiệp hội Máy tính, New York, NY, Hoa Kỳ, 2017) tr. 317–327.
[6] M. Hebenstreit, R. Jozsa, B. Kraus, và S. Strelchuk, Phys. Rev. A 102, 052604 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.052604
[7] M. Yoganathan, R. Jozsa, và S. Strelchuk, Kỷ yếu của Hiệp hội Hoàng gia A: Khoa học Toán học, Vật lý và Kỹ thuật 475, 20180427 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2018.0427
[8] S. Aaronson và A. Arkhipov, “Độ phức tạp tính toán của quang học tuyến tính,” (2010), arXiv:1011.3245.
arXiv: 1011.3245
[9] MJ Bremner, R. Jozsa, và DJ Shepherd, Kỷ yếu của Hiệp hội Hoàng gia A: Khoa học Toán học, Vật lý và Kỹ thuật 467, 459 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2010.0301
[10] T. Morimae, K. Fujii, và JF Fitzsimons, Phys. Rev. Lett. 112, 130502 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.112.130502
[11] MJ Bremner, A. Montanaro và DJ Shepherd, Phys. Mục sư Lett. 117, 080501 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.080501
[12] X.Gào, S.-T. Wang, và L.-M. Duẩn, Phys. Mục sư Lett. 118, 040502 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.040502
[13] J. Bermejo-Vega, D. Hangleiter, M. Schwarz, R. Raussendorf, và J. Eisert, Phys. Lm X 8, 021010 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.021010
[14] K. Fujii, H. Kobayashi, T. Morimae, H. Nishimura, S. Tamate, và S. Tani, Phys. Mục sư Lett. 120, 200502 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.200502
[15] A. Bouland, JF Fitzsimons, và DE Koh (Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik, Dagstuhl, DEU, 2018).
[16] S. Boixo, SV Isakov, VN Smelyanskiy, R. Babbush, N. Ding, Z. Jiang, MJ Bremner, J.M Martinis, và H. Neven, Nature Physics 14, 595 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-018-0124-x
[17] H. Pashayan, SD Bartlett, và D. Gross, Lượng tử 4, 223 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-01-13-223
[18] LG Valiant, Tạp chí SIAM về Điện toán 31, 1229 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539700377025
[19] BM Terhal và DP DiVincenzo, Phys. Linh mục A 65, 032325 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.032325
[20] SD Bartlett, BC Sanders, SL Braunstein, và K. Nemoto, Phys. Mục sư Lett. 88, 097904 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.88.097904
[21] S. Aaronson và D. Gottesman, Phys. Linh mục A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328
[22] D. Gross, ST Flammia, và J. Eisert, Phys. Mục sư Lett. 102, 190501 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.190501
[23] DJ Brod, Phys. Linh mục A 93, 062332 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.93.062332
[24] T. Haug và MS Kim, “Các biện pháp ma thuật có thể mở rộng cho máy tính lượng tử,” (2022).
https: / / doi.org/ 10.48550 / ARXIV.2204.10061
[25] H.-S. Zhong, H. Wang, Y.-H. Đặng, M.-C. Chen, L.-C. Bành, Y.-H. Luo, J. Qin, D. Wu, X. Ding, Y. Hu, và cộng sự, Science 370, 1460–1463 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abe8770
[26] F. Arute, K. Arya, R. Babbush, D. Bacon, J.C Bardin, R. Barends, R. Biswas, S. Boixo, FGSL Brandao, DA Buell, B. Burkett, Y. Chen, Z. Chen, B . Chiaro, R. Collins, W. Courtney, A. Dunsworth, E. Farhi, B. Foxen, A. Fowler, C. Gidney, M. Giustina, R. Graff, K. Guerin, S. Habegger, MP Harrigan, MJ Hartmann, A. Ho, M. Hoffmann, T. Huang, TS Humble, SV Isakov, E. Jeffrey, Z. Jiang, D. Kafri, K. Kechedzhi, J. Kelly, PV Klimov, S. Knysh, A. Korotkov, F. Kostritsa, D. Landhuis, M. Lindmark, E. Lucero, D. Lyakh, S. Mandrà, JR McClean, M. McEwen, A. Megrant, X. Mi, K. Michielsen, M. Mohseni, J. . Mutus, O. Naaman, M. Neeley, C. Neill, MY Niu, E. Ostby, A. Petukhov, J.C Platt, C. Quintana, EG Rieffel, P. Roushan, NC Rubin, D. Sank, KJ Satzinger, V. Smelyanskiy, KJ Sung, MD Trevithick, A. Vainsencher, B. Villalonga, T. White, ZJ Yao, P. Yeh, A. Zalcman, H. Neven và J.M Martinis, Nature 574, 505 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5
[27] H. Bernien, S. Schwartz, A. Keesling, H. Levine, A. Omran, H. Pichler, S. Choi, AS Zibrov, M. Endres, M. Greiner, và cộng sự, Nature 551, 579–584 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên24622
[28] C. Neill, P. Roushan, K. Kechedzhi, S. Boixo, SV Isakov, V. Smelyanskiy, A. Megrant, B. Chiaro, A. Dunsworth, K. Arya, và cộng sự, Science 360, 195–199 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1126 / khoa.aao4309
[29] JP Bonilla Ataides, DK Tuckett, SD Bartlett, ST Flammia, và BJ Brown, Nature Communications 12, 2172 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22274-1
[30] S. Bravyi, S. Sheldon, A. Kandala, DC Mckay, và JM Gambetta, Phys. Rev. A 103, 042605 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.042605
[31] A. Kandala, K. Temme, AD Córcoles, A. Mezzacapo, JM Chow, và JM Gambetta, Nature 567, 491 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1040-7
[32] S. Endo, SC Benjamin, và Y. Li, Phys. Rev. X 8, 031027 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.031027
[33] K. Temme, S. Bravyi, và JM Gambetta, Phys. Rev. Lett. 119, 180509 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180509
[34] J. Preskill, Lượng tử 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79
[35] AW Harrow và A. Montanaro, Nature 549, 203 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên23458
[36] RS Bennink, EM Ferragut, TS Humble, JA Laska, JJ Nutaro, MG Pleszkoch và RC Pooser, Phys. Phiên bản A 95, 062337 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062337
[37] V. Veitch, C. Ferrie, D. Gross và J. Emerson, Tạp chí Vật lý mới 14, 113011 (2012).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/113011
[38] D. Gottesman, trong Encyclopedia of Mathematical Physics, do J.-P. Françoise, GL Naber, và TS Tsun (Academic Press, Oxford, 2006) trang 196 – 201.
https://doi.org/10.1016/B0-12-512666-2/00273-X
[39] H. Pashayan, O. Reardon-Smith, K. Korzekwa và SD Bartlett, “Ước tính nhanh xác suất kết quả cho các mạch lượng tử,” (2021), arXiv:2101.12223.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361
arXiv: 2101.12223
[40] JR Seddon, B. Regula, H. Pashayan, Y. Ouyang và ET Campbell, PRX Quantum 2, 010345 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010345
[41] S. Bravyi và D. Gosset, Phys. Mục sư Lett. 116, 250501 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.116.250501
[42] S. Bravyi, D. Browne, P. Calpin, E. Campbell, D. Gosset và M. Howard, Lượng tử 3, 181 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-02-181
[43] S. Bravyi, G. Smith, và JA Smolin, Phys. Rev. X 6, 021043 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.021043
[44] H. Qassim, JJ Wallman, và J. Emerson, Lượng tử 3, 170 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-08-05-170
[45] Y. Huang và P. Love, Phys. Linh mục A 99, 052307 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052307
[46] L. Kocia và M. Sarovar, Phys. Rev. A 103, 022603 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.022603
[47] A. Kissinger, J. van de Wetering và R. Vilmart, “Mô phỏng cổ điển của các mạch lượng tử với sự phân hủy chất ổn định một phần và đồ họa,” (2022), arXiv:2202.09202.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.TQC.2022.5
arXiv: 2202.09202
[48] H. Qassim, H. Pashayan và D. Gosset, Lượng tử 5, 606 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-12-20-606
[49] H. Pashayan, JJ Wallman và SD Bartlett, Phys. Rev. Lett. 115, 070501 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.115.070501
[50] D. Stahlke, Phys. Linh mục A 90, 022302 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.90.022302
[51] P. Rall, D. Liang, J. Cook, và W. Kretschmer, Phys. Linh mục A 99, 062337 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.062337
[52] JR Seddon và ET Campbell, Kỷ yếu của Hiệp hội Hoàng gia A: Khoa học Toán học, Vật lý và Kỹ thuật 475, 20190251 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rspa.2019.0251
[53] C. Ferrie và J. Emerson, Tạp chí Vật lý A: Toán học và Lý thuyết 41, 352001 (2008).
https://doi.org/10.1088/1751-8113/41/35/352001
[54] C. Ferrie và J. Emerson, Tạp chí Vật lý mới 11, 063040 (2009).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/11/6/063040
[55] D. Gross, Tạp chí Vật lý Toán học 47, 122107 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2393152
[56] M. Ruzzi, MA Marchiolli, và D. Galetti, Tạp chí Vật lý A: Toán học và Đại cương 38, 6239 (2005).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/38/27/010
[57] MA Marchiolli, M. Ruzzi và D. Galetti, Phys. Linh mục A 72, 042308 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.72.042308
[58] DS França, S. Strelchuk, và M. Studziński, Phys. Mục sư Lett. 126, 210502 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.210502
[59] M. Howard và E. Campbell, Phys. Rev. Lett. 118, 090501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.090501
[60] M. Heinrich và D. Gross, Lượng tử 3, 132 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-04-08-132
[61] S. Rahimi-Keshari, TC Ralph, và CM Caves, Phys. Lm X 6, 021039 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.021039
[62] A. Mari và J. Eisert, Phys. Mục sư Lett. 109, 230503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.230503
[63] R. Raussendorf, DE Browne, N. Delfosse, C. Okay, và J. Bermejo-Vega, Physical Review A 95, 052334 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.052334
[64] C. Jones, Phys. Linh mục A 87, 022328 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.87.022328
[65] DJ Wales và JPK Doye, Tạp chí Hóa học Vật lý A 101, 5111–5116 (1997).
https:///doi.org/10.1021/jp970984n
[66] MSA và cộng sự, “Qiskit: Một khung nguồn mở cho điện toán lượng tử,” (2021).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.2573505
[67] M. Cerezo, A. Arrasmith, R. Babbush, SC Benjamin, S. Endo, K. Fujii, JR McClean, K. Mitarai, X. Yuan, L. Cincio và PJ Coles, Nature Reviews Physics 3, 625 (2021 ).
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9
Trích dẫn
[1] Tobias Haug và Lorenzo Piroli, “Định lượng tính không ổn định của các trạng thái sản phẩm ma trận”, arXiv: 2207.13076.
[2] Tobias Haug và MS Kim, “Các biện pháp ma thuật có thể mở rộng cho máy tính lượng tử”, arXiv: 2204.10061.
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2022 / 10-16 15:41:40). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2022 / 10-16 15:41:38).
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
