التحسين النظري للرسم البياني لتوليد حالة الرسم البياني القائم على الاندماج

التحسين النظري للرسم البياني لتوليد حالة الرسم البياني القائم على الاندماج

سيوك هيونغ لي1,2 و هيونسوك جيونج1

1قسم الفيزياء وعلم الفلك، جامعة سيول الوطنية، سيول 08826، جمهورية كوريا
2مركز أنظمة الكم الهندسية ، كلية الفيزياء ، جامعة سيدني ، سيدني ، نيو ساوث ويلز 2006 ، أستراليا

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

تعد حالات الرسم البياني موارد متعددة الاستخدامات لمختلف مهام معالجة المعلومات الكمومية، بما في ذلك الحوسبة الكمومية القائمة على القياس والمكررات الكمومية. على الرغم من أن بوابة الاندماج من النوع الثاني تمكن من توليد حالات الرسم البياني بالكامل بصريًا من خلال الجمع بين حالات الرسم البياني الصغيرة، إلا أن طبيعتها غير الحتمية تعيق التوليد الفعال لحالات الرسم البياني الكبيرة. في هذا العمل، نقدم استراتيجية نظرية للرسم البياني لتحسين الإنشاء القائم على الاندماج لأي حالة رسم بياني معينة، إلى جانب حزمة Python OptGraphState. تتكون استراتيجيتنا من ثلاث مراحل: تبسيط حالة الرسم البياني المستهدف، وبناء شبكة دمج، وتحديد ترتيب عمليات الاندماج. باستخدام هذه الطريقة المقترحة، نقوم بتقييم النفقات العامة للموارد من الرسوم البيانية العشوائية والرسوم البيانية المختلفة المعروفة. بالإضافة إلى ذلك، فإننا نتحقق من احتمالية نجاح إنشاء حالة الرسم البياني نظرًا لعدد محدود من حالات الموارد المتاحة. نتوقع أن تساعد استراتيجيتنا وبرامجنا الباحثين في تطوير وتقييم مخططات قابلة للتطبيق تجريبياً تستخدم حالات الرسم البياني الضوئي.

حالات الرسم البياني، وهي حالات كمومية حيث تتشابك البتات الكمومية بطريقة يتم توجيهها بواسطة بنية الرسم البياني، هي حالات موارد متعددة الاستخدامات للحوسبة الكمومية والاتصالات. على وجه الخصوص، يمكن استخدام حالات الرسم البياني في الأنظمة الضوئية للحوسبة الكمومية القائمة على القياس والحوسبة الكمومية القائمة على الاندماج، والتي تعد مرشحة واعدة للحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء على المدى القريب. في هذا العمل، نقترح طريقة لبناء حالات الرسم البياني الضوئية التعسفية من حالات الموارد الأساسية ثلاثية الفوتون الأولية. يتم تحقيق ذلك من خلال سلسلة من عمليات "الاندماج"، حيث يتم دمج حالات الرسم البياني الأصغر حجمًا في حالات أكبر عبر قياسات فوتونية محددة. جوهر استراتيجيتنا هو الإطار النظري للرسم البياني المصمم لتقليل متطلبات الموارد لهذه العملية، وتعزيز الكفاءة والجدوى.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] M. Hein، W. Dür، J. Eisert، R. Raussendorf، M. Van den Nest، and H.-J. بريجيل. “التشابك في حالات الرسم البياني وتطبيقاته”. في أجهزة الكمبيوتر الكم والخوارزميات والفوضى. الصفحات 115-218. دائرة الرقابة الداخلية الصحافة (2006).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.quant-ph / 0602096
أرخايف: ضليع في الرياضيات، وعل / 0602096

[2] روبرت روسندورف وهانز جيه بريجل. "كمبيوتر كمي أحادي الاتجاه". فيز. القس ليت. 86 ، 5188-5191 (2001).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.5188

[3] روبرت روسندورف ودانييل إي براون وهانز جيه بريجل. "الحساب الكمي القائم على القياس في حالات الكتلة". فيز. القس أ 68 ، 022312 (2003).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.68.022312

[4] ر. راوسندورف، ج. هارينجتون، وك. جويال. “كمبيوتر كمي أحادي الاتجاه متسامح مع الأخطاء”. آن. فيز. 321، 2242-2270 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2006.01.012

[5] ر. راوسندورف، ج. هارينجتون، وك. جويال. “التسامح الطوبولوجي مع الخطأ في الحساب الكمي لحالة الكتلة”. جديد J. فيز. 9، 199 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​9/​6/​199

[6] سارة بارتولوتشي، باتريك بيرشال، هيكتور بومبين، هوغو كابل، كريس داوسون، مرسيدس جيمينو-سيغوفيا، إريك جونستون، كونراد كيلينغ، نعومي نيكرسون، ميهير بانت، وآخرون. “الحساب الكمي القائم على الاندماج”. نات. مشترك. 14، 912 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-36493-1

[7] د. شلينجمان وآر إف فيرنر. “رموز تصحيح الأخطاء الكمومية المرتبطة بالرسوم البيانية”. فيز. القس أ 65، 012308 (2001).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.012308

[8] A. Pirker، J. Wallnöfer، H. J. Briegel، and W. Dür. “بناء الموارد المثلى لبروتوكولات الكم المتسلسلة”. فيز. القس أ 95، 062332 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062332

[9] داميان ماركهام وباري سي ساندرز. “الرسم البياني يوضح المشاركة السرية الكمومية”. فيز. القس أ 78، 042309 (2008).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.042309

[10] بي إيه بيل، داميان ماركهام، دي إيه هيريرا مارتي، آن مارين، دبليو جي وادزورث، جي جي راريتي، وإم إس تامي. “عرض تجريبي لمشاركة سر الكم في حالة الرسم البياني”. نات. مشترك. 5، 5480 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms6480

[11] M. Zwerger ، و W. Dür ، و HJ Briegel. "مكررات الكم القائمة على القياس". فيز. القس أ 85 ، 062326 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.062326

[12] إم زويرجر ، إتش جي بريجل ، و دبليو دور. "حدود الخطأ الشاملة والأمثل لتنقية التشابك القائم على القياس". فيز. القس ليت. 110 ، 260503 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.260503

[13] كوجي أزوما وكيوشي تاماكي وهوي كوونغ لو. “جميع المكررات الكمومية الضوئية”. نات. مشترك. 6، 6787 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7787

[14] J. Wallnöfer ، M. Zwerger ، C. Muschik ، N. Sangouard ، و W. Dür. "مكررات الكم ثنائية الأبعاد". فيز. القس أ 94 ، 052307 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052307

[15] ناثان شيتيل وداميان ماركهام. “يشير الرسم البياني كمورد للقياس الكمي”. فيز. القس ليت. 124، 110502 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.110502

[16] مايكل أ. نيلسن. "حساب الكم البصري باستخدام الحالات العنقودية". فيز. القس ليت. 93 ، 040503 (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.040503

[17] دانيال إي براون وتيري رودولف. "حساب الكم البصري الخطي ذو الكفاءة في استخدام الموارد". فيز. القس ليت. 95 ، 010501 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010501

[18] جيريمي سي أدكوك، وسام مورلي شورت، وجوشوا دبليو سيلفرستون، ومارك جي طومسون. “حدود صارمة على إمكانية الاختيار اللاحق لحالات الرسم البياني البصري”. علوم الكم. تكنول. 4، 015010 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aae950

[19] هولجر إف هوفمان وشيجيكي تاكيوتشي. "بوابة الطور الكمومي للكيوبتات الضوئية باستخدام مقسمات الحزمة وما بعد الاختيار". فيز. القس أ 66 ، 024308 (2002).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.024308

[20] تي سي رالف، إن كيه لانجفورد، تي بي بيل، وأيه جي وايت. “بوابة NOT الخطية ذات التحكم البصري على أساس الصدفة”. فيز. القس أ 65، 062324 (2002).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.062324

[21] ينغ لي، بيتر سي. همفريز، غابرييل جيه ميندوزا، وسيمون سي. بنجامين. “تكاليف الموارد للحوسبة الكمومية البصرية الخطية المتسامحة مع الأخطاء”. فيز. القس X 5، 041007 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.041007

[22] صموئيل إل براونشتاين وأ. مان. “قياس مشغل الجرس والنقل الآني الكمي”. فيز. القس أ 51، آر 1727 – آر 1730 (1995).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.51.R1727

[23] دبليو بي جريس. “قياس حالة الجرس الكامل بشكل تعسفي باستخدام العناصر البصرية الخطية فقط”. فيز. القس أ 84، 042331 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.042331

[24] فابيان إيويرت وبيتر فان لوك. “قياس الجرس بكفاءة 3 دولارات/4 دولارات مع بصريات خطية سلبية وملحقات غير متشابكة”. فيز. القس ليت. 113، 140403 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.140403

[25] سيونغ وو لي، كيمين بارك، تيموثي سي رالف، وهيونسيوك جيونغ. “قياس الجرس الحتمي تقريبًا مع التشابك متعدد الفوتون لمعالجة المعلومات الكمومية بكفاءة”. فيز. القس أ 92، 052324 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052324

[26] سيونج وو لي وتيموثي سي رالف وهيونسوك جيونج. “لبنة البناء الأساسية لجميع الشبكات الكمومية القابلة للتطوير الضوئية”. فيز. القس أ 100، 052303 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052303

[27] كيسوكي فوجي ويوكي توكوناغا. “الحساب الكمي الطوبولوجي أحادي الاتجاه المتسامح مع الأخطاء مع بوابات احتمالية ثنائية الكيبت”. فيز. القس ليت. 105، 250503 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250503

[28] ينغ لي، شون د. باريت، توماس م. ستيس، وسيمون سي. بنجامين. “الحساب الكمي المتسامح مع البوابات غير الحتمية”. فيز. القس ليت. 105، 250502 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250502

[29] إتش جيونج، إم إس كيم، وجينهيونج لي. “معالجة المعلومات الكمومية لحالة تراكب متماسكة عبر قناة متماسكة مختلطة”. فيز. القس أ 64، 052308 (2001).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052308

[30] إتش جيونج وإم إس كيم. “حساب الكم الفعال باستخدام الحالات المتماسكة”. فيز. القس أ 65، 042305 (2002).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.042305

[31] سريكريشنا أومكار، يونغ سياه تيو، وهيونسوك جيونغ. “الحساب الكمي الطوبولوجي المتسامح مع الأخطاء والموفر للموارد مع التشابك الهجين للضوء”. فيز. القس ليت. 125, 060501 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.060501

[32] سريكريشنا أومكار، واي إس تيو، وسيونغ وو لي، وهيونسيوك جيونغ. “الحوسبة الكمومية شديدة التحمل لفقدان الفوتون باستخدام الكيوبتات الهجينة”. فيز. القس أ 103، 032602 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.032602

[33] شونتارو تاكيدا، تاكاهيرو ميزوتا، ماريا فوا، بيتر فان لوك، وأكيرا فوروساوا. “النقل الآني الكمي الحتمي للبتات الكمومية الضوئية بواسطة تقنية هجينة”. طبيعة 500، 315-318 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature12366

[34] حسين أ. الزيدي وبيتر فان لوك. “التغلب على حد النصف لقياسات جرس البصريات الخطية الخالية من الملحقات”. فيز. القس ليت. 110، 260501 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.260501

[35] سيوك هيونغ لي، سريكريشنا أومكار، يونغ سياه تيو، وهيونسوك جيونغ. “الحوسبة الكمومية القائمة على ترميز التكافؤ مع تتبع الأخطاء البايزية”. npj الكم Inf. 9، 39 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-023-00705-9

[36] جيرالد جيلبرت ومايكل هامريك وياكوف س. وينشتاين. “البناء الفعال للمجموعات الحسابية الكمومية الضوئية”. فيز. القس أ 73، 064303 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.064303

[37] كونراد كيلينغ، ديفيد جروس، وجينز إيزرت. “الحد الأدنى من الموارد للحوسبة البصرية الخطية أحادية الاتجاه”. J. اختيار. شركة نفط الجنوب. أكون. ب 24، 184-188 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.24.000184

[38] مارتن فان دن نيست، جيروين ديهين، وبارت دي مور. “وصف رسومي لعمل تحويلات كليفورد المحلية على حالات الرسم البياني”. فيز. القس أ 69، 022316 (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.022316

[39] سريكريشنا أومكار، وسيوك هيونغ لي، ويونغ سياه تيو، وسيونغ وو لي، وهيونسوك جيونغ. “الهندسة المعمارية الضوئية بالكامل للحوسبة الكمومية القابلة للتطوير مع حالات جرينبرجر هورن زيلينجر”. بي آر إكس كوانتوم 3، 030309 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.030309

[40] مايكل فارنافا ودانييل إي براون وتيري رودولف. "تحمل الخسارة في الحساب الكمي أحادي الاتجاه عن طريق تصحيح الخطأ المضاد". فيز. القس ليت. 97 ، 120501 (2006).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.120501

[41] N. لوتكينهاوس، ج. كالساميجليا، وK.-A. سومينين. “قياسات الجرس للنقل الآني”. فيز. القس أ 59، 3295-3300 (1999).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.59.3295

[42] مايكل فارنافا، دانيال إي براون، وتيري رودولف. “إلى أي مدى يجب أن تكون مصادر وكاشفات الفوتون الفردي جيدة لحساب الكم البصري الخطي الفعال؟”. فيز. القس ليت. 100، 060502 (2008).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.060502

[43] سي شون ، إي سولانو ، إف فيرستريت ، جي آي سيراك ، وم إم وولف. "التوليد المتسلسل لحالات multiqubit المتشابكة". فيز. القس ليت. 95 ، 110503 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

[44] ليندنر وتيري رودولف. "اقتراح للمصادر النبضية عند الطلب لسلاسل الحالة العنقودية الضوئية". فيز. القس ليت. 103 ، 113602 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.113602

[45] I. Schwartz، D. Cogan، E. R. Schmidgall، Y. Don، L. Gantz، O. Kenneth، N. H. Lindner، and D. Gershoni. “التوليد الحتمي لحالة عنقودية من الفوتونات المتشابكة”. العلوم 354، 434-437 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1126 / science.aah4758

[46] شونتارو تاكيدا وكان تاكاسي وأكيرا فوروساوا. “مركب التشابك الضوئي عند الطلب”. تقدم العلوم 5، eaaw4530 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw4530

[47] فيليب توماس، وليوناردو روسيو، وأوليفييه مورين، وجيرهارد ريمبي. “توليد فعال لحالات الرسم البياني متعدد الفوتون المتشابك من ذرة واحدة”. طبيعة 608، 677-681 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04987-5

[48] جون دبليو مون وليو موسر. “على المجموعات في الرسوم البيانية”. إسر. جي الرياضيات. 3، 23-28 (1965).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF02760024

[49] يوجين ل. لولر، جان كاريل لينسترا، و A. H. G. Rinnooy Kan. "إنشاء جميع المجموعات المستقلة القصوى: NP-hardness وخوارزميات متعددة الحدود". سيام جي كومبيوتر. 9، 558-565 (1980).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 0209042

[50] شوجي تسوكياما، ميكيو إيدي، هيرومو أريوشي، وإيساو شيراكاوا. "خوارزمية جديدة لتوليد كافة المجموعات المستقلة القصوى". سيام جي كومبيوتر. 6، 505-517 (1977).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 0206036

[51] جابور شاردي وتاماس نيبوس. "حزمة برامج igraph لأبحاث الشبكات المعقدة". أنظمة مجمع إنترجورنال، 1695 (2006). رابط: https://igraph.org.
https://igraph.org

[52] ديفيد إبستين، ومارتن لوفلر، ودارين ستراش. "إدراج جميع المجموعات القصوى في الرسوم البيانية المتفرقة في وقت شبه مثالي". في الندوة الدولية حول الخوارزميات والحساب. الصفحات 403-414. سبرينغر (2010).
https: / / doi.org/10.48550 / arXiv.1006.5440

[53] أريك أ. هاجبرج، ودانيال أ. شولت، وبيتر ج. سوارت. “استكشاف بنية الشبكة وديناميكياتها ووظيفتها باستخدام NetworkX”. في جايل فاروكووكس، وترافيس فوت، وجارود ميلمان، المحررون، وقائع مؤتمر بايثون السابع في العلوم (SciPy7). الصفحات 2008-11. باسادينا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية (15). رابط: https://www.osti.gov/biblio/2008.
https: / / www.osti.gov/ biblio / 960616

[54] تسفي جليل. "خوارزميات فعالة للعثور على أقصى قدر من التطابق في الرسوم البيانية". ايه سي ام للحوسبة. Surv. 18، 23-38 (1986).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 6462.6502

[55] بول إردوس وألفريد ريني. "على الرسوم البيانية العشوائية أنا". منشورات الرياضيات 6، 290-297 (1959).
https: / / doi.org/ 10.5486 / PMD.1959.6.3-4.12

[56] تي سي رالف، إيه جي إف هايز، وأليكسي جيلكريست. “الكيوبتات الضوئية المتسامحة مع الخسارة”. فيز. القس ليت. 95، 100501 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.100501

[57] شون دي باريت وتوماس إم ستيس. "حساب الكم المتسامح مع الأخطاء مع عتبة عالية جدًا لأخطاء الخسارة". فيز. القس ليت. 105 ، 200502 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.200502

[58] جيمس إم. أوجيه، وحسين أنور، ومرسيدس جيمينو سيغوفيا، وتوماس إم. ستيس، ودان إي. براون. “الحساب الكمي المتسامح مع الأخطاء مع بوابات متشابكة غير حتمية”. فيز. القس أ 97، 030301 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.030301

[59] جي بي آرفكين، وإتش جي ويبر، وإف إي هاريس. "الأساليب الرياضية لعلماء الفيزياء: دليل شامل". إلسفير ساينس. (2011). رابط: https://​/​books.google.co.kr/​books?id=JOpHkJF-qcwC.
https://​/​books.google.co.kr/​books?id=JOpHkJF-qcwC

[60] مارتن فان دن نيست، جيروين ديهين، وبارت دي مور. "خوارزمية فعالة للتعرف على معادلة كليفورد المحلية لحالات الرسم البياني". فيز. القس أ 70، 034302 (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.034302

[61] أكسل دالبيرج وستيفاني وينر. “تحويل حالات الرسم البياني باستخدام عمليات أحادية البت”. فيلوس. طروادة. شركة نفط الجنوب. أ 376، 20170325 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2017.0325

[62] M. Hein، J. Eisert، and HJ Briegel. "التشابك متعدد الأطراف في حالات الرسم البياني". فيز. القس أ 69 ، 062311 (2004).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.062311

دليلنا يستخدم من قبل

[1] بريندان بانكوفيتش، أليكس نيفيل، أنجوس كان، سريكريشنا أومكار، كووك هو وان، وكاميل برادلر، "توليد حالة متشابكة مرنة في البصريات الخطية"، أرخايف: 2310.06832, (2023).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-12-20 14:43:35). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2023-12-20 14:43:34: لا يمكن جلب البيانات المستشهد بها من 10.22331 / q-2023-12-20-1212 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا.

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم