Compilación de circuitos cuánticos y computación híbrida utilizando computación basada en Pauli

Compilación de circuitos cuánticos y computación híbrida utilizando computación basada en Pauli

Marca de tiempo: 3 de octubre de 2023 10:58 a. M.

Filipa CR Peres1,2 y Ernesto F. Galvão1,3

1Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL), Av. Mestre José Veiga, 4715-330 Braga, Portugal
2Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, rua do Campo Alegre s/n, 4169–007 Oporto, Portugal
3Instituto de Física, Universidad Federal Fluminense, Avenida General Milton Tavares de Souza s/n, Niterói, Río de Janeiro 24210-340, Brasil

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Resumen

La computación basada en Pauli (PBC) está impulsada por una secuencia de mediciones no destructivas y elegidas de forma adaptativa de los observables de Pauli. Cualquier circuito cuántico escrito en términos del conjunto de puertas Clifford+$T$ y que tenga puertas $t$ $T$ se puede compilar en un PBC en $t$ qubits. Aquí proponemos formas prácticas de implementar PBC como circuitos cuánticos adaptativos y proporcionamos código para realizar el procesamiento lateral clásico requerido. Nuestros esquemas reducen el número de puertas cuánticas a $O(t^2)$ (de un escalamiento previo de $O(t^3 / log t)$) y se discuten las compensaciones espacio/tiempo que conducen a una reducción de la profundidad de $O(t log t)$ a $O(t)$ dentro de nuestros esquemas, a costa de $t$ qubits auxiliares adicionales. Recopilamos ejemplos de circuitos cuánticos de desplazamiento oculto y aleatorio en circuitos PBC adaptativos. También simulamos la computación cuántica híbrida, donde una computadora clásica extiende efectivamente la memoria de trabajo de una pequeña computadora cuántica en $k$ qubits virtuales, a un costo exponencial en $k$. Nuestros resultados demuestran la ventaja práctica de las técnicas PBC para la compilación de circuitos y la computación híbrida.

Compilación de circuitos cuánticos y computación híbrida utilizando PlatoBlockchain Data Intelligence de computación basada en Pauli. Búsqueda vertical. Ai.

Imagen destacada: En un cálculo basado en Pauli (PBC), el cálculo es impulsado por una secuencia de como máximo $t$ mediciones de Pauli multiqubit independientes, compatibles y elegidas de forma adaptativa realizadas en un estado mágico de entrada de $t$ qubits [arriba] .
Un PBC de este tipo puede traducirse nuevamente en circuitos cuánticos (adaptativos), donde cada medición de Pauli se realiza mediante una secuencia apropiada de puertas de Clifford seguida de una medición de un solo qubit [abajo]. Proponemos tres métodos diferentes para llevar a cabo esta traducción de PBC a circuitos cuánticos; Esta imagen ilustra sólo el primero de ellos.
Estas ideas se pueden explorar para realizar la compilación de circuitos y la computación híbrida.

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Resumen popular

Se espera que las computadoras cuánticas a gran escala y tolerantes a fallas resuelvan tareas que están fuera del alcance de sus contrapartes clásicas. Esta tentadora perspectiva ha impulsado muchas investigaciones recientes en los campos de la información cuántica y la computación cuántica.
Desafortunadamente, los dispositivos actuales todavía tienen capacidades algo limitadas. Por lo tanto, se necesitan esquemas inteligentes que nos permitan intercambiar recursos clásicos por recursos cuánticos. En nuestro trabajo, exploramos un modelo universal de computación cuántica conocido como computación basada en Pauli. Mostramos que este modelo se puede utilizar para compilar circuitos cuánticos dominados por puertas de Clifford, lo que demuestra un ahorro útil de recursos cuánticos en muchos casos. También describimos las ganancias en eficiencia en la computación híbrida cuántica-clásica, donde los dos tipos de computadoras trabajan juntas para simular un dispositivo cuántico más grande. Nuestro artículo va acompañado de código Python de acceso abierto que permite a los usuarios realizar tanto compilación como cálculo híbrido en circuitos arbitrarios especificados por el usuario descritos utilizando el conjunto de puertas común Clifford+$T$.
Esperamos que nuestro trabajo sea relevante para aplicaciones a corto y mediano plazo, pero también a largo plazo, ya que la optimización de los recursos cuánticos debería ser de interés incluso después de que se logre la computación cuántica tolerante a fallas.

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Citado por

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Las citas anteriores son de ANUNCIOS SAO / NASA (última actualización exitosa 2023-10-04 03:09:33). La lista puede estar incompleta ya que no todos los editores proporcionan datos de citas adecuados y completos.

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