Actis: rangelt kohalik liit – leidke dekooder

Actis: rangelt kohalik liit – leidke dekooder

Ajatempel: 14. november 2023 6:58

Tim Chan1 ja Simon C. Benjamin1,2

1Materjalide osakond, Oxfordi ülikool, Parks Road, Oxford OX1 3PH, Ühendkuningriik
2Quantum Motion, 9 Sterling Way, London N7 9HJ, Ühendkuningriik

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Veakindel kvantarvutus nõuab klassikalist riistvara, et teostada vigade parandamiseks vajalik dekodeerimine. Union-Find dekooder on selleks üks parimaid kandidaate. Sellel on märkimisväärselt orgaanilised omadused, mis hõlmavad andmestruktuuride kasvu ja ühendamist lähima naabri sammude kaudu; see viitab loomulikult võimalusele seda realiseerida lähimate naaberlinkidega lihtsate protsessorite võre abil. Sel viisil saab arvutuslikku koormust jaotada ideaalilähedase paralleelsusega. Siin näitame esimest korda, et see range (mitte osaline) asukoht on praktiline, halvima käitusajaga $mathcal O(d^3)$ ja keskmise käitusaja alamkvadraadiga pinnakoodi kauguses $d$. Kasutatakse uudset pariteedi arvutamise skeemi, mis võib lihtsustada varem pakutud arhitektuure, ja meie lähenemisviis on optimeeritud vooluringitaseme müra jaoks. Võrdleme oma kohalikku realiseerimist ühega, mida täiendavad pikamaalingid; kuigi viimane on loomulikult kiirem, märgime, et kohalik asünkroonne loogika võib erinevuse tühistada.

Actis: rangelt kohalik liit – leidke dekooder PlatoBlockchain andmete luure. Vertikaalne otsing. Ai.

Esiletõstetud pilt: võrk, mida kasutatakse kontrolleri ja sõlme vaheliseks suhtluseks Actises vahemaa-3 pinnakoodi jaoks. See puu sarnaneb vooluringitaseme müra dekodeerimisgraafikuga.

Populaarne kokkuvõte

Kvantarvutitel on potentsiaal pakkuda murrangulist arvutusvõimsust, kuid ainult siis, kui need on müra eest kaitstud. Seda tehakse veaparanduse abil: viis paljude mürarikaste kubittide (arvutusühikute) vahetamiseks vähemate, kuid täiuslikumate kubitite vastu. Kvantprotsessori mõõtmiste jälgimise üliolulist alaülesannet vigade ilmnemise järeldamiseks nimetatakse dekodeerimiseks. Seda tuleb teha äärmiselt kiiresti, et kvantmasinaga sammu pidada. Siin muudame olemasolevat dekodeerimisalgoritmi, et muuta see lokaalseks, st käivitatavaks identsete töötlemisrakkude võrgustikus, millest igaüks suhtleb ainult oma lähimate naabritega. Kohalikul on kiiruse, paigutuse ja vastupidavuse osas mitmeid praktilisi eeliseid. Testime oma kohalikku disaini ja avastame, et selle käitusaeg käitub tõepoolest soodsamalt kui algne algoritm; Seejärel soovitame kasutada "asünkroonset" riistvara, et maksimeerida meie disaini absoluutset jõudlust.

► BibTeX-i andmed

► Viited

[1] Eric Dennis, Aleksei Kitaev, Andrew Landahl ja John Preskill. "Topoloogiline kvantmälu". Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.1499754

[2] Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis ja Andrew N. Cleland. Pinnakoodid: praktilise suuremahulise kvantarvutuse suunas. Physical Review A 86, 032324 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.86.032324

[3] Daniel Litinski. "Pinnakoodide mäng: laiaulatuslik kvantarvuti võreoperatsiooniga". Quantum 3, 128 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-03-05-128

[4] Jack Edmonds. "Teed, puud ja lilled". Canadian Journal of Mathematics 17, 449–467 (1965).
https://​/​doi.org/​10.4153/​CJM-1965-045-4

[5] Austin G. Fowler, Adam C. Whiteside ja Lloyd CL Hollenberg. “Pinnakoodi praktilise klassikalise töötlemise poole”. Physical Review Letters 108, 180501 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.108.180501

[6] Guillaume Duclos-Cianci ja David Poulin. "Kiired dekoodrid topoloogiliste kvantkoodide jaoks". Physical Reviw Letters 104, 050504 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.104.050504

[7] Guillaume Duclos-Cianci ja David Poulin. "Renormaliseerimisrühma dekodeerimisalgoritm topoloogiliste kvantkoodide jaoks". Aastal 2010 IEEE infoteooria töötuba. Lk 1–5. (2010).
https://​/​doi.org/​10.1109/​CIG.2010.5592866

[8] James R. Wootton ja Daniel Loss. "Pinnakoodi kõrge läve veaparandus". Physical Review Letters 109, 160503 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.109.160503

[9] Ben Criger ja Imran Ashraf. "Multi-tee summeerimine 2D topoloogiliste koodide dekodeerimiseks". Quantum 2, 102 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-10-19-102

[10] Oscar Higgott, Thomas C. Bohdanowicz, Aleksander Kubica, Steven T. Flammia ja Earl T. Campbell. "Parem vooluringi müra dekodeerimine ja kohandatud pinnakoodide haprad piirid". Physical Review X 13, 031007 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.13.031007

[11] Oscar Higgott ja Nikolas P. Breuckmann. "Kõrgema mõõtmega hüpergraafi tootekoodide täiustatud ühe kaadriga dekodeerimine". PRX Quantum 4, 020332 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.4.020332

[12] Kao-Yueh Kuo ja Ching-Yi Lai. "Degeneratsiooni ärakasutamine kvantkoodide uskumuste leviku dekodeerimisel". npj Quantum Information 8, 111 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00623-2

[13] Milap Sheth, Sara Zafar Jafarzadeh ja Vlad Gheorghiu. "Närviansambli dekodeerimine topoloogiliste kvantviga parandavate koodide jaoks". Füüsiline ülevaade A 101, 032338 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.101.032338

[14] Ramon WJ Overwater, Masoud Babaie ja Fabio Sebastiano. "Närvivõrgu dekoodrid kvantvigade parandamiseks pinnakoodide abil: riistvara kulu ja jõudluse kompromisside kosmoseuuring". IEEE Transactions on Quantum Engineering 3, 1–19 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1109/​TQE.2022.3174017

[15] Nicolas Delfosse. "Hierarhiline dekodeerimine kvantarvutite riistvaranõuete vähendamiseks" (2020). arXiv:2001.11427.
arXiv: 2001.11427

[16] Kai Meinerz, Chae-Yeuni park ja Simon Trebst. "Skaleeritav närvidekooder topoloogiliste pinnakoodide jaoks". Physical Review Letters 128, 080505 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.128.080505

[17] Gokul Subramanian Ravi, Jonathan M. Baker, Arash Fayyazi, Sophia Fuhui Lin, Ali Javadi-Abhari, Massoud Pedram ja Frederic T. Chong. "Parem kui halvimal juhul dekodeerimine kvantvigade parandamiseks". In Proceedings of the 28th ACM International Conference on Architectural Support for Programming Languages ​​and Operating Systems, Volume 2. Leheküljed 88–102. New York, NY, USA (2023). Arvutusmasinate Ühing.
https://​/​doi.org/​10.1145/​3575693.3575733

[18] Samuel C. Smith, Benjamin J. Brown ja Stephen D. Bartlett. "Kohalik eeldekooder kvantveaparanduse ribalaiuse ja latentsuse vähendamiseks". Rakendatud füüsiline ülevaade 19, 034050 (2023).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevApplied.19.034050

[19] Nicolas Delfosse ja Gilles Zémor. "Pinnakoodide lineaarse aja maksimaalse tõenäosusega dekodeerimine kvantkustutuskanali kaudu". Physical Review Research 2, 033042 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.2.033042

[20] Nicolas Delfosse ja Naomi H. Nickerson. "Peaaegu lineaarne topoloogiliste koodide aja dekodeerimise algoritm". Quantum 5, 595 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[21] Namitha Liyanage, Yue Wu, Alexander Deters ja Lin Zhong. „Pinnakoodide skaleeritav kvantveaparandus FPGA abil” (2023). arXiv:2301.08419.
arXiv: 2301.08419

[22] Aleksei Yu Kitaev. "Tõrkekindel kvantarvutus ükskõik kelle poolt". Annals of Physics 303, 2–30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[23] Tim Chan (2023). kood: timchan0/localuf.
https://​/​github.com/​timchan0/​localuf

[24] Tim Chan. „Andmed filmile „Actis: rangelt kohalik liit – leidke dekooder” (2023).
https://​/​doi.org/​10.5281/​zenodo.10075207

[25] Michael A. Nielsen ja Isaac L. Chuang. "Kvantarvutus ja kvantteave: 10. aastapäeva väljaanne". Cambridge University Press. (2010).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511976667

[26] Xinyu Tan, Fang Zhang, Rui Chao, Yaoyun Shi ja Jianxin Chen. "Skaleeritavad pinnakoodidekoodrid ajas paralleelsusega" (2022). arXiv:2209.09219.
arXiv: 2209.09219

[27] Luka Skoric, Dan E. Browne, Kenton M. Barnes, Neil I. Gillespie ja Earl T. Campbell. "Paralleelakna dekodeerimine võimaldab skaleeritavat tõrketaluvat kvantarvutust." Nature Communications 14, 7040 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-42482-1

[28] Shui Hu. "Kvaasilineaarne aja dekodeerimise algoritm kõrge vealävega topoloogiliste koodide jaoks". Magistritöö. Delfti Tehnikaülikool. (2020).
https://​/​doi.org/​10.13140/​RG.2.2.13495.96162

[29] Oscar Higgott. "PyMatching: Pythoni pakett kvantkoodide dekodeerimiseks minimaalse kaaluga täiusliku sobitamisega". ACM Transactions on Quantum Computing 3, 1–16 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1145/​3505637

[30] Yue Wu, Namitha Liyanage ja Lin Zhong. "Union-Findi dekoodri tõlgendus kaalutud graafikutel" (2022). arXiv:2211.03288.
arXiv: 2211.03288

[31] Robert Endre Tarjan. "Hea, kuid mitte lineaarse komplekti ühendamise algoritmi tõhusus". Journal of the ACM 22, 215–225 (1975).
https://​/​doi.org/​10.1145/​321879.321884

[32] Shilin Huang, Michael Newman ja Kenneth R. Brown. "Tõrketaluvusega kaalutud liidu leidmise dekodeerimine toric koodil". Füüsiline ülevaade A 102, 012419 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.102.012419

[33] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke, AS Dzurak, R. Ishihara, A. Morello, DJ Reilly, LR Schreiber ja M. Veldhorst. "Spin-qubitide liidestamine kvantpunktides ja doonorites - kuumad, tihedad ja sidusad". npj Quantum Information 3, 34 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1038/​s41534-017-0038-y

[34] Andrew Richards. "Oxfordi ülikool Advanced Research Computing". (2015).
https://​/​doi.org/​10.5281/​zenodo.22558

[35] Sam J. Griffiths ja Dan E. Browne. "Union-find kvantdekodeerimine ilma union-find" (2023). arXiv:2306.09767.
arXiv: 2306.09767

[36] Ben Barber, Kenton M. Barnes, Tomasz Bialas, Okan Buğdaycı, Earl T. Campbell, Neil I. Gillespie, Kauser Johar, Ram Rajan, Adam W. Richardson, Luka Skoric, Canberk Topal, Mark L. Turner ja Abbas B. Ziad. "Reaalajas skaleeritav, kiire ja väga ressursitõhus dekooder kvantarvuti jaoks" (2023). arXiv:2309.05558.
arXiv: 2309.05558

[37] David S. Wang, Austin G. Fowler ja Lloyd CL Hollenberg. Pinnakoodi kvantarvutus, mille veamäär on üle 1%. Physical Review A 83, 020302 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.83.020302

[38] Emanuel Knill. "Kvantarvutus realistlikult müra tekitavate seadmetega". Nature 434, 39–44 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nature03350

[39] Oscar Higgott ja Craig Gidney. "Sparse Blossom: miljoni vea parandamine tuumasekundi kohta minimaalse kaalu sobitamisega" (2023). arXiv:2303.15933.
arXiv: 2303.15933

[40] Austin G. Fowler, Adam C. Whiteside ja Lloyd CL Hollenberg. "Pinnakoodi praktilise klassikalise töötlemise suunas: ajastusanalüüs". Physical Review A 86, 042313 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.86.042313

[41] Yue Wu ja Lin Zhong. "Fusion Blossom: Fast MWPM dekoodrid QEC jaoks" (2023). arXiv:2305.08307.
arXiv: 2305.08307

Viidatud

[1] Sam J. Griffiths ja Dan E. Browne, "Union-find quantum decoding without union-find" arXiv: 2306.09767, (2023).

[2] Asmae Benhemou, Kaavya Sahay, Lingling Lao ja Benjamin J. Brown, „Pinnakoodi tõrgete minimeerimine värvikoodidekooderi abil”, arXiv: 2306.16476, (2023).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-11-14 13:28:32). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2023-11-14 13:28:31: 10.22331/q-2023-11-14-1183 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti.

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

Ajatempel:

Veel alates Quantum Journal