بوابات متعددة الكميات ذات الوقت الأمثل: التعقيد والحدود الإرشادية الفعالة وحدود وقت البوابة

بوابات متعددة الكميات ذات الوقت الأمثل: التعقيد والحدود الإرشادية الفعالة وحدود وقت البوابة

بوابات متعددة الكميات مثالية للوقت: التعقيد والفعالية الإرشادية وحدود وقت البوابة PlatoBlockchain Data Intelligence. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

باسكال باسلر1ماركوس هاينريش1، ومارتن كليش2

1معهد الفيزياء النظرية، جامعة هاينريش هاينه دوسلدورف، ألمانيا
2معهد الإلهام الكمي والتحسين الكمي، جامعة هامبورغ للتكنولوجيا، ألمانيا

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

ملخص

تنشأ التفاعلات المتشابكة متعددة الكيوبت بشكل طبيعي في العديد من منصات الحوسبة الكمومية وتعد بمزايا أكثر من البوابات التقليدية ثنائية الكيوبت. على وجه الخصوص، يمكن استخدام تفاعل ثابت من نوع Ising متعدد الكميات مع بوابات X أحادية الكيبت لتجميع بوابات ZZ العالمية (بوابات GZZ). في هذا العمل، نوضح أولاً أن تخليق مثل هذه البوابات الكمومية التي تعتبر مثالية للوقت هو أمر صعب NP. ثانيًا، نحن نقدم إنشاءات واضحة لبوابات خاصة متعددة الكيوبت في الوقت الأمثل. لديهم أوقات بوابة ثابتة ويمكن تنفيذها مع العديد من طبقات بوابة X خطيًا. ثالثًا، قمنا بتطوير خوارزمية إرشادية ذات وقت تشغيل متعدد الحدود لتجميع بوابات سريعة متعددة البتات. رابعاً، نشتق الحدود الدنيا والعليا لوقت بوابة GZZ الأمثل. استنادًا إلى الإنشاءات الواضحة لبوابات GZZ والدراسات العددية، نعتقد أنه يمكن تنفيذ أي بوابة GZZ في وقت O($n$) مقابل $n$ كيوبت. تؤدي خوارزمية التوليف الإرشادي الخاصة بنا إلى أوقات بوابة GZZ بقياس مماثل، وهو الأمثل في هذا المعنى. نتوقع أن يتيح تركيبنا الفعال للبوابات السريعة متعددة البتات إمكانية تنفيذ الخوارزميات الكمومية بشكل أسرع، وبالتالي أكثر قوة في الأخطاء.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] X. Wang، A. Sørensen، and K. Mølmer، Multibit gates for Quantum computing، Phys. القس ليت. 86، 3907 (2001)، arXiv: quant-ph / 0012055.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.3907
أرخايف: ضليع في الرياضيات، وعل / 0012055

[2] T. Monz ، P. Schindler ، JT Barreiro ، M. Chwalla ، D. Nigg ، WA Coish ، M. Harlander ، W. Hänsel ، M. Hennrich ، and R. Blatt ، 14-qubit entanglement: Creation and coherence، Phys. القس ليت. 106 ، 130506 (2011) ، arXiv: 1009.6126.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.106.130506
أرخايف: 1009.6126

[3] إم كيايرغارد، إم إي شوارتز، جيه براومولر، بي. كرانتز، جي آي-جي. وانغ، إس. غوستافسون، ود.
https: / / doi.org/ 10.1146 / annurev-conmatphys-031119-050605
أرخايف: 1905.13641

[4] C. .
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1427-5
أرخايف: 1810.11948

[5] Y. Lu، S. Zhang، K. Zhang، W. Chen، Y. Shen، J. Zhang، J.-N. تشانغ، وك. كيم، بوابات متشابكة عالمية قابلة للتطوير على الكيوبتات الأيونية التعسفية، طبيعة 572، 363 (2019)، أرخايف:1901.03508.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1428-4
أرخايف: 1901.03508

[6] P. Baßler، M. Zipper، C. Cedzich، M. Heinrich، PH Huber، M. Johanning، and M. Kliesch، توليف وتجميع البوابات متعددة الكيوبت في الوقت الأمثل، Quantum 7، 984 (2023)، arXiv :2206.06387.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-04-20-984
أرخايف: 2206.06387

[7] ف. براحونة و أ.ر محجوب، على القطع المتعدد، البرمجة الرياضية 36، 157 (1986).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF02592023

[8] السيد غاري ود.س. جونسون، أجهزة الكمبيوتر والاستعصاء، المجلد. 29 (دبليو إتش فريمان وشركاه، نيويورك، 2002).

[9] MJ Bremner، A. Montanaro، and DJ Shepherd، تعقيد الحالة المتوسطة مقابل المحاكاة التقريبية للحسابات الكمومية، فيز. القس ليت. 117، 080501 (2016)، أرخايف:1504.07999.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.080501
أرخايف: 1504.07999

[10] J. Allcock، J. Bao، JF Doriguello، A. Luongo، and M. Santha، دوائر ذات عمق ثابت للبوابات التي يتم التحكم فيها بشكل موحد والوظائف المنطقية مع التطبيق على دوائر الذاكرة الكمومية، أرخايف:2308.08539 (2023).
أرخايف: 2308.08539

[11] S. Bravyi ، و D. Maslov ، و Y. Nam ، التطبيقات ذات التكلفة الثابتة لعمليات Clifford والبوابات التي يتم التحكم فيها باستخدام التفاعلات العالمية ، Phys. القس ليت. 129 ، 230501 (2022) ، arXiv: 2207.08691.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.230501
أرخايف: 2207.08691

[12] S. Bravyi و D. Maslov ، الدوائر الخالية من Hadamard تكشف هيكل مجموعة Clifford ، IEEE Trans. المشاة. Theory 67، 4546 (2021)، arXiv: 2003.09412.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2021.3081415
أرخايف: 2003.09412

[13] D. Maslov and B. Zindorf، تحسين العمق لدوائر CZ وCNOT وClifford، معاملات IEEE في هندسة الكم 3، 1 (2022)، أرخايف:2201.05215.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2022.3180900
أرخايف: 2201.05215

[14] S. Boyd and L. Vandenberghe، Convex Optimization (Cambridge University Press، 2009).

[15] E. ريتش، فئات المشكلة FP وFNP، في الأتمتة والحوسبة والتعقيد: النظرية والتطبيقات (Pearson Education, 2007) pp. 510–511.
https://​/​www.cs.utexas.edu/​~ear/​cs341/​automatabook/​AutomataTheoryBook.pdf

[16] M. Johanning، سلاسل الأيونات الخطية متساوية المسافة، Appl. فيز. ب 122، 71 (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00340-016-6340-0

[17] M. Laurent وS. Poljak، حول الاسترخاء الإيجابي شبه المحدد للبوليتوب المقطوع، الجبر الخطي وتطبيقاته 223-224، 439 (1995).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0024-3795(95)00271-R

[18] إم إم ديزا وإم. لوران، هندسة القطع والمقاييس، الطبعة الأولى، الخوارزميات والتوافقيات (سبرينغر برلين هايدلبرغ، 1).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-642-04295-9

[19] ME-Nagy، M. Laurent، and A. Varvitsiotis، تعقيد مشكلة إكمال المصفوفة شبه المحددة الإيجابية مع قيد الرتبة، Springer International Publishing، 105 (2013)، أرخايف:1203.6602.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-319-00200-2_7
أرخايف: 1203.6602

[20] REAC Paley، حول المصفوفات المتعامدة، مجلة الرياضيات والفيزياء 12، 311 (1933).
https: / / doi.org/ 10.1002 / sapm1933121311

[21] أ. هدايت ود. واليس، مصفوفات هادامارد وتطبيقاتها، حوليات الإحصاء 6، 1184 (1978).
https: / / doi.org/ 10.1214 / aos / 1176344370

[22] ح. خاراغاني وب. طائفة رضائي، مصفوفة هادمارد من الرتبة 428، مجلة التصاميم التوافقية 13، 435 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1002 / jcd.20043

[23] د. ز. Đokovi، O. Golubitsky، and IS Kotsireas، بعض الطلبات الجديدة لمصفوفات Hadamard وSkew-Hadamard، مجلة التصاميم التوافقية 22، 270 (2014)، أرخايف:1301.3671.
https: / / doi.org/ 10.1002 / jcd.21358
أرخايف: 1301.3671

[24] J. Cohn ، M. Motta ، و RM Parrish ، قطرية الفلتر الكمومي باستخدام عامل هاملتونيان مضغوط مزدوج العوامل ، PRX Quantum 2 ، 040352 (2021) ، arXiv: 2104.08957.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040352
أرخايف: 2104.08957

[25] DA سبيلمان و S.-H. Teng ، التحليل السلس للخوارزميات: لماذا تستغرق الخوارزمية البسيطة عادةً وقت كثير الحدود ، Journal of the ACM 51 ، 385 (2004) ، arXiv: cs / 0111050.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 990308.990310
arXiv: CS / 0111050

[26] S. Diamond and S. Boyd، CVXPY: لغة نمذجة مضمنة في بايثون لتحسين محدب، J. Mach. يتعلم. الدقة. 17، 1 (2016)، أرخايف:1603.00943.
أرخايف: 1603.00943
http: / / jmlr.org/ ورقات / v17 ​​/ 15-408.html

[27] A. Agrawal ، R. Verschueren ، S. Diamond ، و S. Boyd ، نظام إعادة كتابة لمشاكل التحسين المحدب ، J. Control Decis. 5 ، 42 (2018) ، arXiv: 1709.04494.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1080 / 23307706.2017.1397554
أرخايف: 1709.04494

[28] مؤسسة البرمجيات الحرة ، GLPK (مجموعة البرمجة الخطية GNU) (2012) ، الإصدار: 0.4.6.
https: / / www.gnu.org/ software / glpk /

[29] فيليبس وجي بي روزين، خوارزمية متوازية للتقليل العالمي المقعر من الدرجة الثانية، البرمجة الرياضية 42، 421 (1988).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF01589415

[30] M. Dür، R. Horst، and M. Locatelli، إعادة النظر في شروط المثالية العالمية الضرورية والكافية لتعظيم الحد الأقصى، مجلة التحليل والتطبيقات الرياضية 217، 637 (1998).
https://​/doi.org/10.1006/jmaa.1997.5745

[31] MS Bazaraa، HD Sherali، وCM Shetty، البرمجة غير الخطية: النظرية والخوارزميات، الطبعة الثالثة (جون وايلي وأولاده، 3).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1002 / 0471787779

[32] ماجستير هانسون، إنفيكسيتي ونظرية كون تاكر، مجلة التحليل والتطبيقات الرياضية 236، 594 (1999).
https://​/doi.org/10.1006/jmaa.1999.6484

دليلنا يستخدم من قبل

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2024-03-13 13:00:52: تعذر إحضار بيانات مستشهد بها من أجل 10.22331 / q-2024-03-13-1279 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا. على إعلانات ساو / ناسا لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2024-03-13 13:00:52).

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم