1Photonics Research Group, INTEC, Gent Universitet – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gent, Belgien
2Télécom Paris og Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Frankrig
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Canada
4Kadanoff Center for Teoretisk Fysik & Enrico Fermi Institute, Institut for Fysik, University of Chicago, Chicago, IL 60637
Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Lineære optiske kvantekredsløb med PNR-detektorer bruges til både Gaussian Boson Sampling (GBS) og til forberedelse af ikke-Gaussiske tilstande såsom Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat og NOON-tilstande. De er afgørende i mange ordninger inden for kvanteberegning og kvantemetrologi. Klassisk optimering af kredsløb med PNR-detektorer er udfordrende på grund af deres eksponentielt store Hilbert-rum, og kvadratisk mere udfordrende i nærvær af dekohærens, da tilstandsvektorer erstattes af tæthedsmatricer. For at tackle dette problem introducerer vi en familie af algoritmer, der beregner detektionssandsynligheder, betingede tilstande (såvel som deres gradienter med hensyn til kredsløbsparametriseringer) med en kompleksitet, der kan sammenlignes med det støjløse tilfælde. Som en konsekvens kan vi simulere og optimere kredsløb med dobbelt så mange tilstande, som vi kunne før, ved at bruge de samme ressourcer. Mere præcist, for et $M$-mode støjende kredsløb med detekterede tilstande $D$ og uopdagede tilstande $U$, er kompleksiteten af vores algoritme $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu i mskip2mu D} C_i)$, i stedet for $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu i mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, hvor $C_i$ er Fock cutoff af tilstanden $i$ . Som et særligt tilfælde tilbyder vores tilgang en fuld kvadratisk speedup til beregning af detektionssandsynligheder, da alle tilstande i dette tilfælde detekteres. Endelig er disse algoritmer implementeret og klar til brug i open source fotonisk optimeringsbiblioteket MrMustard.
Animerede versioner af nogle figurer i manuskriptet (GIF'er) er inkluderet i det supplerende materiale.
Populært resumé
Forskere kan stole på klassiske computere til at simulere og optimere disse kredsløb. Sådanne numeriske simuleringer er imidlertid fundamentalt udfordrende, især da størrelsen af kredsløbet vokser (hvis kvantekredsløb kunne simuleres effektivt, ville de ikke være i stand til at udkonkurrere klassiske computere i første omgang). Mere præcist, efterhånden som kredsløb vokser sig større, øges både den nødvendige tid til simuleringer og den nødvendige computerhukommelse eksponentielt. Der er lidt man kan gøre for at undslippe dette.
Denne udfordring bliver endnu større, når vi bevæger os væk fra ideelle kredsløb, og vi tager højde for, at en del af lyset uundgåeligt undslipper kredsløbet. Inkorporering af sådanne realistiske effekter tilføjer en kvadratisk stigning i beregningsmæssige krav oven i den eksisterende eksponentielle vækst. I dette manuskript introducerer vi en ny familie af algoritmer, der kan tage højde for sådanne effekter fra den virkelige verden uden at tilføje den ekstra kvadratiske belastning. Dette giver os mulighed for at simulere og optimere realistiske kredsløb med samme indsats som ideelle.
► BibTeX-data
► Referencer
[1] Juan Miguel Arrazola og Thomas R. Bromley. Brug af Gaussisk boson-prøvetagning til at finde tætte undergrafer. Physical Review Letters, 121 (3), juli 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley og Patrick Rebentrost. Kvantetilnærmet optimering med Gaussisk bosonsampling. Physical Review A, 98 (1), juli 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https:///doi.org/10.1103/physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing og Juan Miguel Arrazola. Molekylær docking med Gaussisk bosonsampling. Science Advances, 6 (23), juni 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada og Juan Miguel Arrazola. Træning af Gaussiske boson-prøveudtagningsfordelinger. Physical Review A, 102 (1): 012417, 2020b. 10.1103/PhysRevA.102.012417.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.012417
[5] J. Eli Bourassa, Rafael N. Alexander, Michael Vasmer, Ashlesha Patil, Ilan Tzitrin, Takaya Matsuura, Daiqin Su, Ben Q. Baragiola, Saikat Guha, Guillaume Dauphinais, et al. Plan for en skalerbar fotonisk fejltolerant kvantecomputer. Quantum, 5: 392, 2021. 10.22331/q-2021-02-04-392.
https://doi.org/10.22331/q-2021-02-04-392
[6] Kamil Brádler, Pierre-Luc Dallaire-Demers, Patrick Rebentrost, Daiqin Su og Christian Weedbrook. Gaussisk bosonsampling for perfekte matchninger af vilkårlige grafer. Physical Review A, 98 (3), september 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https:///doi.org/10.1103/physreva.98.032310
[7] Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran og Daiqin Su. Grafisk isomorfisme og Gaussisk bosonsampling. Special Matrics, 9 (1): 166-196, januar 2021. 10.1515/spma-2020-0132.
https:///doi.org/10.1515/spma-2020-0132
[8] Thomas R. Bromley, Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Josh Izaac, Nicolás Quesada, Alain D. Gran, Maria Schuld, Jeremy Swinarton, Zeid Zabaneh og Nathan Killoran. Anvendelser af kortsigtede fotoniske kvantecomputere: software og algoritmer. Quantum Science and Technology, 5 (3): 034010, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8504.
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/ab8504
[9] Jacob FF Bulmer, Bryn A. Bell, Rachel S. Chadwick, Alex E. Jones, Diana Moise, Alessandro Rigazzi, Jan Thorbecke, Utz-Uwe Haus, Thomas Van Vaerenbergh, Raj B. Patel, et al. Grænsen for kvantefordel i Gaussisk bosonsampling. Science advances, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill og Roy J. Glauber. Tæthedsoperatorer og kvasi-sandsynlighedsfordelinger. Physical Review, 177 (5): 1882, 1969. 10.1103/PhysRev.177.1882.
https:///doi.org/10.1103/PhysRev.177.1882
[11] Kosuke Fukui, Shuntaro Takeda, Mamoru Endo, Warit Asavanant, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock og Akira Furusawa. Effektiv backcasting-søgning efter optisk kvantetilstandssyntese. Phys. Rev. Lett., 128: 240503, juni 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry og Peter L. Knight. Introduktion til kvanteoptik. Cambridge University Press, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev og John Preskill. Indkodning af en qubit i en oscillator. Phys. Rev. A, 64: 012310, juni 2001. 10.1103/PhysRevA.64.012310.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.64.012310
[14] Craig S. Hamilton, Regina Kruse, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn og Igor Jex. Gaussisk bosonprøvetagning. Phys. Rev. Lett., 119: 170501, oktober 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh og Man-Hong Yung. Vibronic boson prøvetagning: Generaliseret Gaussisk boson prøvetagning for molekylære vibroniske spektre ved endelig temperatur. Scientific Reports, 7 (1), august 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https:///doi.org/10.1038/s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada og Nathan Killoran. Punktprocesser med Gaussisk bosonsampling. Physical Review E, 101 (2), februar 2020. 10.1103/physreve.101.022134.
https:///doi.org/10.1103/physreve.101.022134
[17] Regina Kruse, Craig S. Hamilton, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn og Igor Jex. Detaljeret undersøgelse af Gaussisk bosonprøvetagning. Phys. Rev. A, 100: 032326, september 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto og Nicolás Quesada. Hurtig optimering af parametriserede kvanteoptiske kredsløb. Quantum, 4: 366, 2020. 10.22331/q-2020-11-30-366.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-30-366
[19] Changhun Oh, Minzhao Liu, Yuri Alexeev, Bill Fefferman og Liang Jiang. Tensor-netværksalgoritme til simulering af eksperimentel Gaussisk boson-sampling. arXiv preprint arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Nicolás Quesada. Franck-Condon faktorer ved at tælle perfekte matchninger af grafer med loops. The Journal of Chemical Physics, 150 (16): 164113, 2019. 10.1063/1.5086387.
https:///doi.org/10.1063/1.5086387
[21] Nicolás Quesada, Luke G. Helt, Josh Izaac, Juan Miguel Arrazola, Reihaneh Shahrokhshahi, Casey R. Myers og Krishna K. Sabapathy. Simulering af realistisk ikke-Gaussisk statsforberedelse. Phys. Rev. A, 100: 022341, august 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac og Christian Weedbrook. Produktion af fotoniske universelle kvanteporte forbedret af maskinlæring. Phys. Rev. A, 100: 012326, juli 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac og Nathan Killoran. Evaluering af analytiske gradienter på kvantehardware. Phys. Rev. A, 99 (3): 032331, 2019. 10.1103/PhysRevA.99.032331.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.032331
[24] Maria Schuld, Kamil Brádler, Robert Israel, Daiqin Su og Brajesh Gupt. Måling af ligheden mellem grafer med en Gaussisk boson-sampler. Physical Review A, 101 (3), marts 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https:///doi.org/10.1103/physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers og Krishna K. Sabapathy. Konvertering af Gaussiske tilstande til ikke-Gaussiske tilstande ved hjælp af fotontal-resolverende detektorer. Phys. Rev. A, 100: 052301, november 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers og Krishna K. Sabapathy. Generering af fotoniske ikke-Gaussiske tilstande ved at måle multimode Gaussiske tilstande. arXiv fortryk arXiv:1902.02331, 2019b. 10.48550/arXiv.1902.02331.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1902.02331
arXiv: 1902.02331
[27] Kan Takase, Jun-ichi Yoshikawa, Warit Asavanant, Mamoru Endo og Akira Furusawa. Generering af optiske Schrödinger-kattetilstande ved generaliseret fotonsubtraktion. Phys. Rev. A, 103: 013710, januar 2021. 10.1103/PhysRevA.103.013710.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.013710
[28] Kan Takase, Kosuke Fukui, Akito Kawasaki, Warit Asavanant, Mamoru Endo, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock og Akira Furusawa. Gaussisk avl til kodning af en qubit i udbredt lys. arXiv preprint arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Xanadu Quantum Technologies. Mr Mustard. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci og Krishna K. Sabapathy. Fremskridt hen imod praktisk qubit-beregning ved hjælp af omtrentlige Gottesman-Kitaev-Preskill-koder. Phys. Rev. A, 101: 032315, marts 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto og Nicolás Quesada. Den rekursive repræsentation af Gaussisk kvantemekanik. arXiv preprint arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Citeret af
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz og Xi Chen, "Photonic counterdiabatic quantum optimization algorithm", arXiv: 2307.14853, (2023).
Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2023-08-30 03:00:49). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.
On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2023-08-30 03:00:47).
Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Automotive/elbiler, Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- ChartPrime. Løft dit handelsspil med ChartPrime. Adgang her.
- BlockOffsets. Modernisering af miljømæssig offset-ejerskab. Adgang her.
- Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :er
- :ikke
- :hvor
- 1
- 10
- 100
- 11
- 12
- 121
- 13
- 14
- 15 %
- 150
- 16
- 17
- 19
- 20
- 2001
- 2005
- 2017
- 2018
- 2019
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26 %
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 49
- 7
- 8
- 9
- 98
- a
- I stand
- over
- ABSTRACT
- adgang
- Konto
- tilføje
- Tilføjer
- fremgang
- fremskridt
- Fordel
- tilknytninger
- AL
- alex
- Alexander
- algoritme
- algoritmer
- Alle
- tillader
- an
- Analytisk
- ,
- applikationer
- tilgang
- omtrentlig
- ER
- AS
- At
- august
- AUGUST
- forfatter
- forfattere
- væk
- Forbyde
- BE
- bliver
- været
- før
- være
- Bell
- ben
- Bill
- Blocks
- bosonen
- både
- grænse
- Pause
- Bygning
- by
- beregne
- beregning
- Cambridge
- CAN
- tilfælde
- casey
- KAT
- center
- udfordre
- udfordrende
- kemikalie
- chen
- Chicago
- Christine
- Christopher
- koder
- KOMMENTAR
- Commons
- sammenlignelig
- fuldføre
- komplekse
- kompleksitet
- beregning
- computer
- computere
- computing
- Konvertering
- ophavsret
- kunne
- tælle
- Craig
- afgørende
- Kop
- Daniel
- data
- krav
- Afdeling
- konstrueret
- detaljeret
- opdaget
- Detektion
- diskutere
- Distributioner
- do
- grund
- e
- E&T
- effekter
- effektiv
- effektivt
- indsats
- forbedret
- undslippe
- især
- evaluere
- Endog
- eksisterende
- eksperimenterende
- eksponentiel
- Eksponentiel vækst
- eksponentielt
- ekstra
- faktorer
- familie
- FAST
- februar
- februar 2020
- felt
- tal
- Endelig
- Finde
- Fornavn
- Til
- fundet
- fra
- fuld
- fundamentalt
- Gates
- generere
- generation
- gradienter
- graf
- grafer
- større
- gruppe
- Grow
- Vokser
- Vækst
- Hamilton
- Hardware
- Harvard
- Have
- holdere
- Men
- HTTPS
- i
- ideal
- if
- billede
- implementeret
- in
- medtaget
- inkorporering
- Forøg
- uundgåeligt
- ING
- Institut
- institutioner
- interessant
- internationalt
- ind
- indføre
- indledende
- israel
- Jan
- januar
- Januar 2021
- JavaScript
- John
- Jones
- tidsskrift
- John
- juli
- juni
- Knight
- stor
- større
- Efternavn
- læring
- Forlade
- Bibliotek
- Licens
- lys
- ligesom
- linda
- Liste
- lidt
- belastning
- maskine
- machine learning
- lave
- mange
- Marts
- march 2020
- Mary
- markere
- materialer
- max-bredde
- Kan..
- måling
- mekanik
- Hukommelse
- Metrologi
- Michael
- tilstand
- modes
- molekylær
- Måned
- mere
- bevæge sig
- behov
- netværk
- Ny
- Nicolas
- ingen
- november
- nummer
- oktober
- of
- Tilbud
- oh
- on
- ONE
- dem
- åbent
- open source
- Operatører
- optik
- optimering
- Optimer
- optimering
- or
- original
- vores
- udkonkurrerer
- sider
- Papir
- Paris
- del
- særlig
- patrick
- paul
- perfekt
- Peter
- fysisk
- Fysisk
- Fysik
- afgørende
- Place
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- Leg
- Punkt
- potentiale
- Praktisk
- præcist
- forberedelse
- Forbereder
- tilstedeværelse
- trykke
- Problem
- Processer
- produktion
- Progress
- give
- offentliggjort
- forlægger
- udgivere
- Qi
- kvadratisk
- Quantum
- kvantefordel
- Kvantecomputer
- kvantecomputere
- quantum computing
- Kvantemekanik
- Kvanteoptik
- qubit
- R
- Rafael
- hellere
- klar
- virkelige verden
- realistisk
- gik op for
- Rekursiv
- referencer
- stole
- resterne
- udskiftes
- Rapporter
- repræsentation
- påkrævet
- forskning
- løse
- Ressourcer
- respekt
- gennemgå
- ROBERT
- roller
- roy
- s
- samme
- skalerbar
- ordninger
- Videnskab
- Videnskab og Teknologi
- videnskabelig
- Søg
- september
- tjener
- udstillingsvindue
- lignende
- Størrelse
- Software
- nogle
- Space
- særligt
- Tilstand
- Stater
- Studere
- underbilleder
- Succesfuld
- sådan
- egnede
- overgå
- tackle
- Tag
- Teknologier
- Teknologier
- end
- at
- deres
- teoretisk
- Der.
- Disse
- de
- denne
- tid
- Titel
- til
- top
- toronto
- mod
- Kurser
- To gange
- under
- Universal
- universitet
- University of Chicago
- opdateret
- URL
- us
- brug
- anvendte
- ved brug af
- versioner
- bind
- ønsker
- var
- we
- GODT
- hvornår
- som
- med
- uden
- virker
- xi
- år
- Yuan
- zephyrnet