Anfangszustandsabhängige Optimierung von Controlled-Gate-Operationen mit Quantencomputer-PlatoBlockchain-Datenintelligenz. Vertikale Suche. Ai.

Anfangszustandsabhängige Optimierung von kontrollierten Gate-Operationen mit Quantencomputer

Zeitstempel: 8. September 2022, 9:43 Uhr

Wonho Jang1, Koji Terashi2, Masahiko Saito2, Christian W. Bauer3, Benjamin Nachman3, Yutaro Iiyama2, Ryunosuke Okubo1, und Ryu Sawada2

1Fachbereich Physik, Universität Tokio, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokio 113-0033, Japan
2Internationales Zentrum für Elementarteilchenphysik (ICEPP), Universität Tokio, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokio 113-0033, Japan
3Abteilung für Physik, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94720, USA

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Abstrakt

Es gibt keine eindeutige Möglichkeit, einen Quantenalgorithmus in einen Quantenschaltkreis zu kodieren. Da die Anzahl der Qubits, die Konnektivität und die Kohärenzzeiten begrenzt sind, ist eine Optimierung der Quantenschaltung unerlässlich, um die kurzfristigen Quantengeräte optimal zu nutzen. Wir stellen einen neuen Schaltungsoptimierer namens AQCEL vor, der darauf abzielt, abhängig vom Anfangszustand der Schaltung redundante kontrollierte Operationen aus kontrollierten Gates zu entfernen. Insbesondere kann der AQCEL unnötige Qubit-Kontrollen von mehrfach kontrollierten Gattern in polynomialen Rechenressourcen entfernen, selbst wenn alle relevanten Qubits verschränkt sind, indem er rechnerische Basiszustände mit Nullamplitude mithilfe eines Quantencomputers identifiziert. Als Benchmark wird der AQCEL auf einem Quantenalgorithmus eingesetzt, der die Endzustandsstrahlung in der Hochenergiephysik modellieren soll. Für diesen Benchmark haben wir gezeigt, dass die AQCEL-optimierte Schaltung äquivalente Endzustände mit einer viel geringeren Anzahl von Gattern erzeugen kann. Wenn AQCEL außerdem mit einem verrauschten Quantencomputer mittlerer Größe eingesetzt wird, erzeugt es effizient einen Quantenschaltkreis, der sich dem ursprünglichen Schaltkreis mit hoher Genauigkeit annähert, indem er rechnerische Basiszustände mit niedriger Amplitude unter bestimmten Schwellenwerten abschneidet. Unsere Technik ist für eine Vielzahl von Quantenalgorithmen nützlich und eröffnet neue Möglichkeiten, Quantenschaltungen weiter zu vereinfachen, um sie für reale Geräte effektiver zu machen.

Populäre Zusammenfassung

Bei einer schaltkreisbasierten Quantenberechnung muss ein Quantenalgorithmus zunächst in einen Quantenschaltkreis codiert werden, um ihn auf Quantenhardware auszuführen. Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung, es gibt jedoch keine eindeutige Möglichkeit, dies effizient durchzuführen. In diesem Artikel stellen wir ein neues Tool namens AQCEL vor, das darauf abzielt, die Schaltungskodierung durch Vereinfachung einer Reihe von Quantengattern zu verbessern, die zur Implementierung eines Quantenalgorithmus verwendet werden. Der AQCEL ist ein „anfangszustandsabhängiger“ Schaltungsoptimierer: Wenn ein ursprünglicher Algorithmus so konzipiert ist, dass er mit unterschiedlichen Anfangszuständen einer Quantenschaltung arbeitet, versucht der AQCEL, die Schaltung zu optimieren, indem er abhängig von einem bestimmten Punkt unnötige Quantengatter oder Qubit-Steuerungen entfernt Anfangszustand zur Laufzeit. Das AQCEL erreicht dies, indem es sich auf mehrfach gesteuerte Gatter in der Schaltung konzentriert, diese zerlegt und unnötige Operationen in polynomieller Zeit eliminiert, basierend auf der Messung rechnerischer Basiszustände mit Quantenhardware. Der AQCEL wird auf einem Quantenalgorithmus eingesetzt, um einen grundlegenden Prozess in der Hochenergiephysik namens Partonschauer zu modellieren. Wir haben gezeigt, dass der AQCEL gegenüber dem Original effizient einen Quantenschaltkreis mit kürzerer Tiefe erzeugt. Darüber hinaus kann der AQCEL den ursprünglichen Endzustand mit hoher Genauigkeit annähern, was zu einer deutlich verbesserten Genauigkeit des erzeugten Endzustands führt, wenn er mit einem verrauschten supraleitenden Quantencomputer im mittleren Maßstab eingesetzt wird. Diese Technik ist auf eine Vielzahl von Quantenalgorithmen anwendbar und eröffnet neue Möglichkeiten, die Kodierung von Quantenalgorithmen in Quantenschaltungen für reale Geräte weiter zu verbessern.

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