Universaalse kvantandmetöötluse võime määramine: juhitavuse testimine mõõtmelise väljendusvõime abil

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Fernando Gago-Encinas¹, Tobias Hartung^2,3, Daniel M. Reich¹, Karl Jansen⁴ja Christiane P. Koch¹

¹Fachbereich Physik ja Dahlemi komplekssete kvantsüsteemide keskus, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berliin, Saksamaa
²Northeastern University London, Devon House, St Katharine Docks, London, E1W 1LP, Ühendkuningriik
³Khoury arvutiteaduste kolledž, Northeastern University, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, USA
⁴NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, Saksamaa

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

Abstraktne

Operaatori juhitavus viitab võimalusele rakendada suvalist unitaari SU(N)-s ja on universaalse kvantarvutuse eeltingimus. Kontrollitavuse teste saab kasutada kvantseadmete projekteerimisel, et vähendada väliste juhtimisseadmete arvu. Nende praktilist kasutamist takistab aga nende arvuliste jõupingutuste eksponentsiaalne skaleerimine kubitide arvuga. Siin töötame välja hübriidse kvant-klassikalise algoritmi, mis põhineb parametriseeritud kvantahelal. Näitame, et juhitavus on seotud sõltumatute parameetrite arvuga, mida saab saada mõõtmete ekspressiivsusanalüüsiga. Näitame algoritmi rakendamist lähima naabri sidemete ja kohalike juhtelementidega qubit massiividele. Meie töö pakub süstemaatilist lähenemist kvantkiipide ressursitõhusale disainile.

Universaalse kvantandmetöötluse võime määramine: juhitavuse testimine mõõtmete väljendusvõimega PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikaalne otsing. Ai.

Esiletõstetud pilt: parameetrilise kvantahela üks kiht, mis on loodud operaatori juhitavuse testimiseks kohalike juhtnuppudega kubitimassiivil.

Populaarne kokkuvõte

Juhitavus ütleb meile, kas suudame kvantsüsteemis rakendada iga mõeldava ühtse operatsiooni juhtimisväljadega, mida saame aja funktsioonina muuta. See omadus on oluline kubitimassiivide jaoks, kuna universaalne kvantarvutus nõuab seadet, mis suudab teostada mis tahes kvantloogika toimingut. Kuna iga juhtväli võtab füüsilist ruumi, nõuab kalibreerimist ja on potentsiaalselt müraallikas, on kvantseadmete suuremaks kasvades oluline leida võimalikult väheste juhtseadiste ja kubitiühendustega seadmed. Kontrollitavuse testid aitavad meil seda eesmärki saavutada.

Siin tutvustame hübriidset kvantklassikalist testi, mis ühendab kvantseadme mõõtmised ja klassikalised arvutused. Meie algoritm põhineb parameetriliste kvantahelate kontseptsioonil, mis on Boole'i ahelate kvantvastane, kus mõned loogilised väravad sõltuvad erinevatest parameetritest. Me võimendame mõõtmete väljendusvõime analüüsi, et tuvastada kõik ahela parameetrid, mis on üleliigsed ja mida saab eemaldada. Näitame, et mis tahes qubit massiivi jaoks saab parameetrilise kvantahela määratleda nii, et sõltumatute parameetrite arv peegeldab algse kvantsüsteemi juhitavust.

Loodame, et see test on kasulik tööriist nende vooluahelate uurimiseks ja juhitavate kvantseadmete kavandamiseks, mida saab skaleerida suuremateks mõõtmeteks.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{GagoEncinas2023määratavus, doi = {10.22331/q-2023-12-21-1214}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-12-21-1214}, pealkiri = {määratlemine võime universaalseks kvantarvutuseks: {T}kontrollitavuse testimine mõõtmelise väljendusvõime kaudu}, autor = {Gago-Encinas, Fernando ja Hartung, Tobias ja Reich, Daniel M. ja Jansen, Karl ja Koch, Christiane P.}, ajakiri = {{ Quantum}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {7}, lehekülge = {1214}, kuu = detsember, aasta = {2023} }

► Viited

[1] Michael A Nielsen ja Isaac L Chuang. "Kvantarvutus ja kvantteave". Cambridge'i ülikooli ajakirjandus. (2010).
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511976667

[2] Philip Krantz, Morten Kjaergaard, Fei Yan, Terry P Orlando, Simon Gustavsson ja William D Oliver. "Kvantiinseneri juhend ülijuhtivate kubittide kohta". Rakendusfüüsika ülevaated 6 (2019).
https:///doi.org/10.1063/1.5089550

[3] Juan José García-Ripoll. "Kvantinformatsioon ja ülijuhtivate ahelatega kvantoptika". Cambridge University Press. (2022).
https:///doi.org/10.1017/9781316779460

[4] Fernando Gago-Encinas, Monika Leibscher ja Christiane Koch. "Kubit-massiivide juhitavuse graafiku test: süstemaatiline viis väliste juhtelementide minimaalse arvu määramiseks". Quantum Science and Technology 8, 045002 (2023).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/ace1a4

[5] Domenico d’Alessandro. "Sissejuhatus kvantkontrolli ja dünaamikasse". CRC press. (2021).
https:///doi.org/10.1201/9781003051268

[6] Christiane P. Koch, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Gunther Dirr, Stefan Filipp, Steffen J. Glaser, Ronnie Kosloff, Simone Montangero, Thomas Schulte-Herbrüggen, Dominique Sugny ja Frank K. Wilhelm. "Kvantoptimaalne juhtimine kvanttehnoloogiates. strateegiline aruanne Euroopa teadusuuringute hetkeseisu, visioonide ja eesmärkide kohta”. EPJ Quantum Technol. 9, 19 (2022).
https:///doi.org/10.1140/epjqt/s40507-022-00138-x

[7] Steffen J. Glaser, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Christiane P. Koch, Walter Köckenberger, Ronnie Kosloff, Ilja Kuprov, Burkard Luy, Sophie Schirmer, Thomas Schulte-Herbrüggen, D. Sugny ja Frank K. Wilhelm. „Schrödingeri kassi treenimine: kvantoptimaalne kontroll. strateegiline aruanne Euroopa teadusuuringute hetkeseisu, visioonide ja eesmärkide kohta”. EPJ D 69, 279 (2015).
https:///doi.org/10.1140/epjd/e2015-60464-1

[8] Francesca Albertini ja Domenico D’Alessandro. "Lie algebra struktuur ja spinsüsteemide juhitavus". Lineaaralgebra ja selle rakendused 350, 213–235 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0024-3795(02)00290-2

[9] U. Boscain, M. Caponigro, T. Chambrion ja M. Sigalotti. "Nõrk spektraaltingimus bilineaarse Schrödingeri võrrandi juhitavuse jaoks, rakendades seda pöörleva tasapinnalise molekuli juhtimisel." Comm. matemaatika. Phys. 311, 423–455 (2012).
https:///doi.org/10.1007/s00220-012-1441-z

[10] Ugo Boscain, Marco Caponigro ja Mario Sigalotti. "Mitme sisendiga Schrödingeri võrrand: juhitavus, jälgimine ja rakendamine kvantnurkimpulsile". Journal of Differential Equations 256, 3524–3551 (2014).
https:///doi.org/10.1016/j.jde.2014.02.004

[11] S. G. Schirmer, H. Fu ja A. I. Solomon. "Kvantsüsteemide täielik juhitavus". Phys. Rev. A 63, 063410 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.63.063410

[12] H Fu, S G Schirmer ja A I Solomon. "Lõpliku tasemega kvantsüsteemide täielik juhitavus". Journal of Physics A: Mathematical and General, 34, 1679 (2001).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/34/8/313

[13] Claudio Altafini. "Kvantmehaaniliste süsteemide juhitavus su (n) juurruumi lagunemisega". Journal of Mathematical Physics 43, 2051–2062 (2002).
https:///doi.org/10.1063/1.1467611

[14] Eugenio Pozzoli, Monika Leibscher, Mario Sigalotti, Ugo Boscain ja Christiane P. Koch. "Vale algebra juhitava asümmeetrilise tipu pöörlevate alamsüsteemide jaoks". J. Phys. V: Matemaatika. Theor. 55, 215301 (2022).
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/ac631d

[15] Thomas Chambrion, Paolo Mason, Mario Sigalotti ja Ugo Boscain. "Välisvälja poolt juhitava diskreetspektriga Schrödingeri võrrandi juhitavus". Annales de l’Institut Henri Poincaré C 26, 329–349 (2009).
https:///doi.org/10.1016/j.anihpc.2008.05.001

[16] Nabile Boussaïd, Marco Caponigro ja Thomas Chambrion. "Nõrgalt seotud süsteemid kvantkontrollis". IEEE Trans. Automaat. Kontroll 58, 2205–2216 (2013).
https:///doi.org/10.1109/TAC.2013.2255948

[17] Monika Leibscher, Eugenio Pozzoli, Cristobal Pérez, Melanie Schnell, Mario Sigalotti, Ugo Boscain ja Christiane P. Koch. "Enantiomeeri selektiivse oleku ülekande täielik kvantkontroll kiraalsetes molekulides, hoolimata degeneratsioonist". Sidefüüsika 5, 1–16 (2022).
https://doi.org/10.1038/s42005-022-00883-6

[18] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik ja Jeremy L O'brien. "Variatsiooniline omaväärtuse lahendaja fotoonilisel kvantprotsessoril". Looduskommunikatsioonid 5, 4213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213

[19] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush ja Alán Aspuru-Guzik. "Variatsiooniliste hübriidsete kvant-klassikaliste algoritmide teooria". New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023

[20] John Preskill. "Kvantarvutus nisq-ajastul ja pärast seda". Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[21] Lena Funcke, Tobias Hartung, Karl Jansen, Stefan Kühn ja Paolo Stornati. "Parameetriliste kvantahelate mõõtmete väljendusvõime analüüs". Quantum 5, 422 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-03-29-422

[22] Lena Funcke, Tobias Hartung, Karl Jansen, Stefan Kühn, Manuel Schneider ja Paolo Stornati. "Mõõtmete väljendusvõime analüüs, parima lähendamise vead ja parameetriliste kvantahelate automatiseeritud disain" (2021).

[23] Claudio Altafini. "Kvantmehaaniliste süsteemide juhitavus su (n) juurruumi lagunemisega". Journal of Mathematical Physics 43, 2051–2062 (2002).
https:///doi.org/10.1063/1.1467611

[24] Francesca Albertini ja Domenico D’Alessandro. "Juhitavuse mõisted bilineaarsete mitmetasandiliste kvantsüsteemide jaoks". IEEE Transactions on Automatic Control 48, 1399–1403 (2003).
https:///doi.org/10.1109/TAC.2003.815027

[25] SG Schirmer, ICH Pullen ja AI Solomon. "Dünaamiliste valede algebrate tuvastamine lõpliku taseme kvantjuhtimissüsteemide jaoks". Journal of Physics A: Mathematical and General, 35, 2327 (2002).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/35/9/319

[26] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio jt. "Variatsioonilised kvantalgoritmid". Nature Reviews Physics 3, 625–644 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9

[27] Sukin Sim, Peter D Johnson ja Alán Aspuru-Guzik. Hübriidsete kvant-klassikaliste algoritmide parameetritega kvantahelate väljendatavus ja sidumisvõime. Advanced Quantum Technologies 2, 1900070 (2019).
https:///doi.org/10.1002/qute.201900070

[28] Lucas Friedrich ja Jonas Maziero. "Kvantkulufunktsiooni kontsentratsiooni sõltuvus parameetrite väljendusvõimest" (2023).
https://doi.org/10.1038/s41598-023-37003-5

[29] John M Lee ja John M Lee. "Sujuvad kollektorid". Springer. (2012).
https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9982-5_1

[30] Morten Kjaergaard, Mollie E Schwartz, Jochen Braumüller, Philip Krantz, Joel I-J Wang, Simon Gustavsson ja William D Oliver. "Ülijuhtivad kubitid: hetkeseis". Annual Review of Condensed Matter Physics 11, 369–395 (2020).
https:///doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-031119-050605

[31] Man-Duen Choi. "Täiesti positiivsed lineaarsed kaardid keerukatel maatriksitel". Lineaaralgebra ja selle rakendused 10, 285–290 (1975).
https://doi.org/10.1016/0024-3795(75)90075-0

[32] Andrzej Jamiołkowski. "Lineaarsed teisendused, mis säilitavad operaatorite jälje ja positiivse poolmääratluse". Aruanded matemaatilise füüsika kohta 3, 275–278 (1972).
https://doi.org/10.1016/0034-4877(72)90011-0

[33] Seth Lloyd, Masoud Mohseni ja Patrick Rebentrost. "Kvantpõhikomponentide analüüs". Nature Physics 10, 631–633 (2014).
https:///doi.org/10.1038/nphys3029

[34] Min Jiang, Shunlong Luo ja Shuangshuang Fu. "Kanali oleku duaalsus". Physical Review A 87, 022310 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.87.022310

[35] Alicia B Magann, Christian Arenz, Matthew D Grace, Tak-San Ho, Robert L Kosut, Jarrod R McClean, Herschel A Rabitz ja Mohan Sarovar. "Impulssidest ahelateni ja tagasi: kvantoptimaalne juhtimisperspektiiv variatsiooniliste kvantalgoritmide jaoks". PRX Quantum 2, 010101 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010101

[36] Nicolas Wittler, Federico Roy, Kevin Pack, Max Werninghaus, Anurag Saha Roy, Daniel J. Egger, Stefan Filipp, Frank K. Wilhelm ja Shai Machnes. "Integreeritud tööriistakomplekt ülijuhtivate kubittide jaoks kasutatavate kvantseadmete juhtimiseks, kalibreerimiseks ja iseloomustamiseks". Phys. Rev. Appl. 15, 034080 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.034080

[37] Jonathan Z Lu, Rodrigo A Bravo, Kaiying Hou, Gebremedhin A Dagnew, Susanne F Yelin ja Khadijeh Najafi. "Kvantsümmeetriate õppimine interaktiivsete kvantklassikaliste variatsioonialgoritmidega" (2023).

[38] Alicja Dutkiewicz, Thomas E O’Brien ja Thomas Schuster. "Kvantkontrolli eelised paljude kehade Hamiltoni õppes" (2023).

[39] Rongxin Xia ja Saber Kais. "Qubit sidestatud klastri üksik- ja kahekordne variatsiooniline kvantomalahendaja ansatz elektrooniliste struktuuride arvutamiseks". Quantum Science and Technology 6, 015001 (2020).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/abbc74

[40] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow ja Jay M Gambetta. "Riistvarasäästlik variatsiooniline kvantomalahendaja väikeste molekulide ja kvantmagnetite jaoks". Nature 549, 242–246 (2017).
https:///doi.org/10.1038/nature23879

[41] Pauline J Ollitrault, Alexander Miessen ja Ivano Tavernelli. "Molekulaarne kvantdünaamika: kvantarvutamise perspektiiv". Accounts of Chemical Research 54, 4229–4238 (2021).
https:///doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00514

Viidatud

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2023-12-21 12:25:23: 10.22331/q-2023-12-21-1214 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti. Peal SAO/NASA KUULUTUSED teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2023-12-21 12:25:23).

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.

SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
Allikas: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-12-21-1214/

Ajatempel: Detsember 21, 2023

Ajatempel: Jan 10, 2024

Universaalse kvantarvutuse võime määramine: juhitavuse testimine mõõtmete ekspressiivsuse kaudu

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

Populaarne kokkuvõte

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Heisenbergi piiratud kvantfaasi hindamine mitme omaväärtuse jaoks väheste kontrollkubitidega

Variatsiooniliste kvantalgoritmide stohhastiliste optimeerijate latentsuskaalutlused

Puhastav teleportatsioon

Mitiq: tarkvarapakett mürarikaste kvantarvutite vigade leevendamiseks

Fermioonsete interaktsioonide kvantifitseerimine Wicki teoreemi rikkumisest

EPR kvantifitseerimine: ühise põhjusega koosluste mitteklassikalisuse ressursiteooria

Lihtsad põhivõrrandid klassikalisele mitte-Markovi mürale alluvate juhitavate süsteemide kirjeldamiseks

Tasapinnaliste Cliffordi ahelate kiire simulatsioon

Energiatihedused kvantmehaanikas

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto