Abstraqt: Analysis of Quantum Circuits via Abstract Stabilizer Simulation

Abstraqt: Analysis of Quantum Circuits via Abstract Stabilizer Simulation

Χρονική σήμανση: 20 Νοεμβρίου 2023 10:17 π.μ.

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader και Martin Vechev

ETH Ζυρίχη, Ελβετία

Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.

Περίληψη

Η προσομοίωση σταθεροποιητή μπορεί να προσομοιώσει αποτελεσματικά μια σημαντική κατηγορία κβαντικών κυκλωμάτων που αποτελούνται αποκλειστικά από πύλες Clifford. Ωστόσο, όλες οι υπάρχουσες επεκτάσεις αυτής της προσομοίωσης σε αυθαίρετα κβαντικά κυκλώματα, συμπεριλαμβανομένων των πυλών που δεν ανήκουν στο Clifford, υποφέρουν από εκθετικό χρόνο εκτέλεσης.
Για να αντιμετωπίσουμε αυτήν την πρόκληση, παρουσιάζουμε μια νέα προσέγγιση για αποτελεσματική προσομοίωση σταθεροποιητή σε αυθαίρετα κβαντικά κυκλώματα, με κόστος χαμένης ακρίβειας. Η βασική μας ιδέα είναι να συμπιέσουμε μια εκθετική αναπαράσταση αθροίσματος της κβαντικής κατάστασης σε μια ενιαία αθροιστική $abstract$ που καλύπτει (τουλάχιστον) όλες τις αθροίσεις που εμφανίζονται. Αυτό μας επιτρέπει να εισαγάγουμε έναν $textit{abstract stabilizer simulator}$ που χειρίζεται αποτελεσματικά αφηρημένες αθροίσεις $υπερ-προσεγγίζοντας$ την επίδραση των λειτουργιών κυκλώματος συμπεριλαμβανομένων των πυλών Clifford, των πυλών εκτός Clifford και των (εσωτερικών) μετρήσεων.
Υλοποιήσαμε τον αφηρημένο προσομοιωτή μας σε ένα εργαλείο που ονομάζεται Abstraqt και αποδείξαμε πειραματικά ότι το Abstraqt μπορεί να δημιουργήσει ιδιότητες κυκλώματος δυσεπίλυτες για υπάρχουσες τεχνικές.

Abstraqt: Analysis of Quantum Circuits via Abstract Stabilizer Simulation PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Προτεινόμενη εικόνα: Το Abstraqt συμπιέζει μια εκθετική αναπαράσταση αθροίσματος της κβαντικής κατάστασης σε ένα ενιαίο αφηρημένο άθροισμα.

► Δεδομένα BibTeX

► Αναφορές

[1] Ντάνιελ Γκότεσμαν. «Η αναπαράσταση του Heisenberg των Κβαντικών Υπολογιστών». Τεχνική Έκθεση arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: quant-ph / 9807006

[2] Scott Aaronson και Daniel Gottesman. «Βελτιωμένη προσομοίωση κυκλωμάτων σταθεροποίησης». Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal και Brad Lackey. «Επέκταση τύπων gottesman πέρα ​​από την ομάδα του Κλίφορντ». Στο Δεύτερο Διεθνές Εργαστήριο για τις Γλώσσες Προγραμματισμού για τον Κβαντικό Υπολογισμό (PLanQC 2021). (2021). url: https://pldi21.sigplan.org/​details/​planqc-2021-papers/​9/​Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group.
https://pldi21.sigplan.org/​details/​planqc-2021-papers/​9/​Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group

[4] Ο Aleks Kissinger και ο John van de Wetering. «Προομοίωση κβαντικών κυκλωμάτων με μειωμένες αποσυνθέσεις σταθεροποιητών με ZX-calculus». Quantum Science and Technology 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset και Mark Howard. «Προομοίωση κβαντικών κυκλωμάτων με αποσυνθέσεις σταθεροποιητών χαμηλής τάξης». Quantum 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa και Stephen D. Bartlett. «Γρήγορη εκτίμηση των πιθανοτήτων έκβασης για κβαντικά κυκλώματα». PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] «Κλασική προσομοίωση κβαντικών κυκλωμάτων με μερικές και γραφικές αποσυνθέσεις σταθεροποιητών». Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot και Radhia Cousot. «Abstract Interpretation: A Unified Lattice Model for Static Analysis of Programs by Construction or Approximation of Fixpoints». Στα Πρακτικά του 4ου Συμποσίου ACM SIGACT-SIGPLAN για τις αρχές των γλωσσών προγραμματισμού. Σελίδες 238–252. POPL '77 Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Patrick Cousot και Radhia Cousot. «Πλαίσια αφηρημένης ερμηνείας». Journal of logic and computation 2, 511–547 (1992).
https://doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

[10] Bruno Blanchet, Patrick Cousot, Radhia Cousot, Jérome Feret, Laurent Mauborgne, Antoine Miné, David Monniaux και Xavier Rival. "Ένας στατικός αναλυτής για μεγάλο λογισμικό κρίσιμο για την ασφάλεια". ACM SIGPLAN Notices 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Francesco Logozzo και Manuel Fähndrich. "Πεντάγωνα: Ένας ασθενώς σχεσιακός αφηρημένος τομέας για την αποτελεσματική επικύρωση των προσβάσεων σε πίνακα". Science of Computer Programming 75, 796–807 (2010).
https://doi.org/​10.1016/​j.scico.2009.04.004

[12] Timon Gehr, Matthew Mirman, Dana Drachsler-Cohen, Petar Tsankov, Swarat Chaudhuri και Martin Vechev. «AI2: Πιστοποίηση ασφάλειας και ευρωστίας των νευρωνικών δικτύων με αφηρημένη ερμηνεία». Το 2018 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP). Σελίδες 3–18. Σαν Φρανσίσκο, Καλιφόρνια (2018). IEEE.
https://doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen και Isaac L. Chuang. «Κβαντικός υπολογισμός και κβαντικές πληροφορίες: 10η επετειακή έκδοση». Cambridge University Press. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[14] Gadi Aleksandrowicz, Thomas Alexander, Παναγιώτης Μπαρκούτσος, Luciano Bello, Yael Ben-Haim, David Bucher, Francisco Jose Cabrera-Hernández, Jorge Carballo-Franquis, Adrian Chen, Chun-Fu Chen, Jerry M. Chow, Antonio D. Córcoles-Gon , Abigail J. Cross, Andrew Cross, Juan Cruz-Benito, Chris Culver, Salvador De La Puente González, Enrique De La Torre, Delton Ding, Eugene Dumitrescu, Ivan Duran, Pieter Eendebak, Mark Everitt, Ismael Faro Sertage, Albert Frisch, Andreas Fuhrer, Jay Gambetta, Borja Godoy Gago, Juan Gomez-Mosquera, Donny Greenberg, Ikko Hamamura, Vojtech Havlicek, Joe Hellmers, Łukasz Herok, Hiroshi Horii, Shaohan Hu, Takashi Imamichi, Toshinari Itoko, Ali Janazawa,Ab Anton Karazeev, Kevin Krsulich, Peng Liu, Yang Luh, Yunho Maeng, Manoel Marques, Francisco Jose Martín-Fernández, Douglas T. McClure, David McKay, Srujan Meesala, Antonio Mezzacapo, Nikolaj Moll, Diego Moreda Ginininic, Paulacom , Pauline Ollitrault, Lee James O'Riordan, Hanhee Paik, Jesús Pérez, Anna Phan, Marco Pistoia, Viktor Prutyanov, Max Reuter, Julia Rice, Abdón Rodríguez Davila, Raymond Harry Putra Rudy, Mingi Ryu, Ninadrisnath Schoute, Kanav Setia, Yunong Shi, Adenilton Silva, Yukio Siraichi, Seyon Sivarajah, John A. Smolin, Mathias Soeken, Hitomi Takahashi, Ivano Tavernelli, Charles Taylor, Pete Taylour, Kenso Trabing, Matthew Treinish, WesLe Turner, , Christophe Vuillot, Jonathan A. Wildstrom, Jessica Wilson, Erick Winston, Christopher Wood, Stephen Wood, Stefan Wörner, Ismail Yunus Akhalwaya και Christa Zoufal. "Qiskit: Ένα πλαίσιο ανοιχτού κώδικα για κβαντικό υπολογισμό" (2019).

[15] Charles R. Harris, K. Jarrod Millman, Stéfan J. van der Walt, Ralf Gommers, Pauli Virtanen, David Cournapeau, Eric Wieser, Julian Taylor, Sebastian Berg, Nathaniel J. Smith, Robert Kern, Matti Picus, Stephan Hoyer, Marten H. van Kerkwijk, Matthew Brett, Allan Haldane, Jaime Fernández del Río, Mark Wiebe, Pearu Peterson, Pierre Gérard-Marchant, Kevin Sheppard, Tyler Reddy, Warren Weckesser, Hameer Abbasi, Christoph Gohlke και Travis E. Oliphant. «Προγραμματισμός συστοιχιών με NumPy». Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou και Stanley Seibert. "Numba: ένας μεταγλωττιστής JIT Python που βασίζεται σε LLVM". In Proceedings of the Second Workshop on the LLVM Compiler Infrastructure in HPC. Σελίδες 1–6. LLVM '15 Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ (2015). Ένωση Υπολογιστικών Μηχανημάτων.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Κρεγκ Γκίντνεϊ. "Stim: ένας προσομοιωτής κυκλώματος γρήγορου σταθεροποιητή". Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. «Η απόλαυση του χάκερ». Addison-Wesley Professional. (2012). 2η έκδοση.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Ο Aleks Kissinger και ο John van de Wetering. «PyZX: Αυτοματοποιημένη Διαγραμματική Συλλογιστική Μεγάλης Κλίμακας». Στο Bob Coecke and Matthew Leifer, editors, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, USA., 10-14 Ιουνίου 2019. Τόμος 318 of Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, σελίδες 229. Open Publishing Association (241).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Μάθιου Έιμι. «Προς τη μεγάλης κλίμακας λειτουργική επαλήθευση των καθολικών κβαντικών κυκλωμάτων». Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu και Jens Palsberg. «Κβαντική αφηρημένη ερμηνεία». Στα Πρακτικά του 42ου Διεθνούς Συνεδρίου ACM SIGPLAN για Σχεδιασμό και Εφαρμογή Γλωσσών Προγραμματισμού. Σελίδες 542–558. PLDI 2021 Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, ΗΠΑ (2021). Ένωση Υπολογιστικών Μηχανημάτων.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Αντουάν Μινέ. «Ασθενείς Σχέσιοι Αριθμητικοί Αφηρημένοι Τομείς». Διδακτορική Διατριβή (2004). url: https://www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Σάιμον Πέρντριξ. «Ανάλυση κβαντικής εμπλοκής με βάση την αφηρημένη ερμηνεία». Στα Πρακτικά του 15ου Διεθνούς Συμποσίου Στατικής Ανάλυσης. Σελίδες 270–282. SAS '08Βερολίνο, Χαϊδελβέργη (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. «Ανάλυση της κβαντικής εμπλοκής σε κβαντικά προγράμματα χρησιμοποιώντας φορμαλισμό σταθεροποιητή». Ηλεκτρονικά Πρακτικά Θεωρητικής Πληροφορικής 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li και Michael Hicks. «Απόδειξη ορθότητας κβαντικών προγραμμάτων». Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 193, 21:1–21:19 (2021).
https://doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ITP.2021.21

[26] Christophe Chareton, Sébastien Bardin, François Bobot, Valentin Perrelle και Benoît Valiron. «Ένα αυτοματοποιημένο πλαίσιο επαλήθευσης επαλήθευσης για κβαντικά προγράμματα δημιουργίας κυκλωμάτων». Σε Γλώσσες Προγραμματισμού και Συστήματα. Σελίδες 148–177. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying και Xiaodi Wu. «Αμετάβλητα κβαντικών προγραμμάτων: Χαρακτηρισμοί και παραγωγή». SIGPLAN Όχι. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Αναφέρεται από

Δεν ήταν δυνατή η λήψη Crossref αναφερόμενα δεδομένα κατά την τελευταία προσπάθεια 2023-11-20 15:19:03: Δεν ήταν δυνατή η λήψη των αναφερόμενων δεδομένων για το 10.22331 / q-2023-11-20-1185 από την Crossref. Αυτό είναι φυσιολογικό αν το DOI καταχωρήθηκε πρόσφατα. Επί SAO / NASA ADS δεν βρέθηκαν δεδομένα σχετικά με την αναφορά έργων (τελευταία προσπάθεια 2023-11-20 15:19:04).

Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Quantum Journal