Abstraqt: kvantahelate analüüs abstraktse stabilisaatori simulatsiooni abil

Abstraqt: kvantahelate analüüs abstraktse stabilisaatori simulatsiooni abil

Ajatempel: 20. november 2023 10:17

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader ja Martin Vechev

ETH Zürich, Šveits

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

Abstraktne

Stabilisaatori simulatsioon võib tõhusalt simuleerida olulist kvantahelate klassi, mis koosneb ainult Cliffordi väravatest. Kuid kõik selle simulatsiooni olemasolevad laiendused suvalistele kvantahelatele, sealhulgas mitte-Cliffordi väravatele, kannatavad eksponentsiaalse käitusaja tõttu.
Selle väljakutse lahendamiseks tutvustame uudset lähenemisviisi tõhusaks stabilisaatori simuleerimiseks suvalistes kvantahelates täpsuse kaotamise hinnaga. Meie põhiidee on tihendada kvantseisundi eksponentsiaalne summa esitus üheks $abstract$ summaks, mis hõlmab (vähemalt) kõiki esinevaid liite. See võimaldab meil tutvustada $textit{abstract stabilisator simulator}$, mis manipuleerib tõhusalt abstraktsete summadega, $ülelähendades$ vooluringi toimingute, sealhulgas Cliffordi väravate, mitte-Cliffordi väravate ja (sisemiste) mõõtmiste mõju.
Rakendasime oma abstraktse simulaatori tööriistas nimega Abstraqt ja demonstreerisime eksperimentaalselt, et Abstraqt suudab luua olemasolevate tehnikate jaoks raskesti lahendatavad vooluahela omadused.

Abstraqt: kvantahelate analüüs abstraktse stabilisaatori simulatsiooni PlatoBlockchain andmeintellekti abil. Vertikaalne otsing. Ai.

Esiletõstetud pilt: Abstraqt tihendab kvantseisundi eksponentsiaalse summa esituse üheks abstraktseks liidetavaks.

► BibTeX-i andmed

► Viited

[1] Daniel Gottesman. "Kvantarvutite Heisenbergi esitus". Tehniline aruanne arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv:quant-ph/9807006

[2] Scott Aaronson ja Daniel Gottesman. "Stabilisaatoriahelate täiustatud simulatsioon". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal ja Brad Lackey. "Gottesmani tüüpide laiendamine väljaspool Cliffordi rühma". Teises rahvusvahelises kvantarvutite programmeerimiskeelte töötoas (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] Aleks Kissinger ja John van de Wetering. "Kvantahelate simuleerimine ZX-arvutusega vähendas stabilisaatori lagunemist". 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 ja Mark Howard. "Kvantahelate simuleerimine madala astme stabilisaatori lagunemisega". Quantum 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa ja Stephen D. Bartlett. "Kvantahelate tulemuse tõenäosuste kiire hindamine". PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.020361

[7] "Kvantahelate klassikaline simulatsioon osalise ja graafilise stabilisaatori lagunemisega". Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot ja Radhia Cousot. "Abstraktne tõlgendus: ühtne võremudel programmide staatiliseks analüüsiks konstruktsiooni või fikseerimispunktide lähendamise teel". 4. ACM SIGACT-SIGPLANi programmeerimiskeelte põhimõtete sümpoosioni toimetistes. Lk 238–252. POPL ’77 New York, NY, USA (1977). ACM.
https://​/​doi.org/​10.1145/​512950.512973

[9] Patrick Cousot ja Radhia Cousot. "Abstraktsed tõlgendusraamistikud". 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 ja Xavier Rival. "Staatiline analüsaator suure ohutuskriitilise tarkvara jaoks". ACM SIGPLANi teated 38, 196–207 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1145/​780822.781153

[11] Francesco Logozzo ja Manuel Fähndrich. "Pentagons: nõrgalt relatsiooniline abstraktne domeen massiivi juurdepääsude tõhusaks valideerimiseks". 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 ja Martin Vechev. "AI2: Neuraalvõrkude ohutuse ja töökindluse sertifitseerimine abstraktse tõlgendamisega". 2018. aastal IEEE turvalisuse ja privaatsuse sümpoosion (SP). Lk 3–18. San Francisco, CA (2018). IEEE.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

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

[14] Gadi Aleksandrowicz, Thomas Alexander, Panagiotis Barkoutsos, 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-Gonzales , 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, Alihar Javadi, NaokAi 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 Rodríguez, Giacomo Nánnicini, Paul , 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, Ninad Sathaye, Eddie Chris Schnabel 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, Wes Vogt, Desiree , Christophe Vuillot, Jonathan A. Wildstrom, Jessica Wilson, Erick Winston, Christopher Wood, Stephen Wood, Stefan Wörner, Ismail Yunus Akhalwaya ja Christa Zoufal. "Qiskit: avatud lähtekoodiga raamistik kvantarvutite jaoks" (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 ja Travis E. Oliphant. "Massiivi programmeerimine NumPy abil". Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou ja Stanley Seibert. "Numba: LLVM-il põhinev Python JIT-i kompilaator". Teoses HPC LLVM-i kompilaatori infrastruktuuri teise töötoa toimetised. Lk 1–6. LLVM ’15New York, NY, USA (2015). Arvutusmasinate Ühing.
https://​/​doi.org/​10.1145/​2833157.2833162

[17] Craig Gidney. "Stim: kiire stabilisaatori ahela simulaator". Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. "Häkkeri rõõm". Addison-Wesley professionaal. (2012). 2. väljaanne.
https://​/​doi.org/​10.5555/​2462741

[19] Aleks Kissinger ja John van de Wetering. "PyZX: suuremahuline automatiseeritud skeemiline arutluskäik". Toimetajad Bob Coecke ja Matthew Leifer, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapmani ülikool, Orange, CA, USA, 10.–14. juuni 2019. Volume 318 of Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, lk 229–241. Avatud Kirjastuste Ühing (2020).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.318.14

[20] Matthew Amy. "Universaalsete kvantahelate laiaulatusliku funktsionaalsuse kontrollimise poole". Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu ja Jens Palsberg. "Kvantabstraktne tõlgendus". In Proceedings of the 42nd ACM SIGPLAN International Conference on Programming Language Design and Implementation. Lk 542–558. PLDI 2021, New York, NY, USA (2021). Arvutusmasinate Ühing.
https://​/​doi.org/​10.1145/​3453483.3454061

[22] Antoine Miné. "Nõrgalt relatsioonilised numbrilised abstraktsed domeenid". Doktoritöö (2004). url: https://​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Simon Perdrix. "Abstraktsel tõlgendamisel põhinev kvantpõimumise analüüs". In Proceedings of the 15th International Symposium on Static Analysis. Lk 270–282. SAS ’08Berliin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. "Kvantpõimumise analüüs kvantprogrammides stabilisaatori formalismi abil". Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 195 (2015).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li ja Michael Hicks. "Kvantprogrammide õigsuse tõestamine". 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 ja Benoît Valiron. "Automaatne deduktiivne kontrollimise raamistik vooluringide ehitamise kvantprogrammide jaoks". Programmeerimiskeelte ja -süsteemide osas. Lk 148–177. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying ja Xiaodi Wu. "Kvantprogrammide invariandid: iseloomustus ja genereerimine". SIGPLAN Mitte. 52, 818–832 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1145/​3093333.3009840

Viidatud

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2023-11-20 15:19:03: 10.22331/q-2023-11-20-1185 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti. Peal SAO/NASA KUULUTUSED teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2023-11-20 15:19:04).

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