Praktiline arvutuslik eelis kvantlülitist lubatavate probleemide üldistel perekondadel

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Jorge Escandón-Monardes, Aldo Delgado ja Stephen P. Walborn

Millennium Institute for Research in Optics and Physics Department, Universidad de Concepción, 160-C Concepción, Tšiili

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

Abstraktne

Kvantlüliti on kvantarvutusprimitiiv, mis annab arvutusliku eelise, rakendades toiminguid järjestuste superpositsioonis. Eelkõige võib see vähendada lubadusprobleemide lahendamiseks vajalike väravapäringute arvu, mille eesmärk on teha vahet antud ühtsete väravate komplekti omaduste komplekti vahel. Käesolevas töös kasutame üldisemate lubadusülesannete tutvustamiseks kompleksseid Hadamardi maatrikseid, mis taanduvad piirjuhtudena tuntud Fourier ja Hadamardi lubadusprobleemidele. Meie üldistus lõdvendab maatriksite suuruse, väravate arvu ja kvantsüsteemide mõõtmete piiranguid, pakkudes rohkem uuritavaid parameetreid. Lisaks viib see järeldusele, et kõige üldisema lubadusprobleemi elluviimiseks on vajalik pidev muutuv süsteem. Lõpliku mõõtmega juhul on maatriksite perekond piiratud nn Butsoni-Hadamardi tüübiga ja maatriksi keerukus siseneb piiranguna. Tutvustame parameetrit "päring värava kohta" ja kasutame seda tõestamaks, et kvantlüliti pakub arvutuslikke eeliseid nii pidevatel kui ka diskreetsetel juhtudel. Meie tulemused peaksid inspireerima lubadusprobleemide rakendamist kvantlüliti abil, kus parameetreid ja seega ka eksperimentaalseid seadistusi saab palju vabamalt valida.

Praktiline arvutuslik eelis kvantlülitist üldise lubadusprobleemide perekonna PlatoBlockchain Data Intelligence puhul. Vertikaalne otsing. Ai.

Esiletõstetud pilt: näide neljateelisest kvantlülitist, mis hõlmab kolme ühtset toimingut.

Populaarne kokkuvõte

Kvantoperatsioonide komplekti saab sihtsüsteemis rakendada erinevates järjestustes. Lihtsamal juhul võib operatsioonile $A$ järgneda teine tehe $B$ või vastupidi, $B$ saab järgneda $A$. Huvitav on see, et kvantmehaanikas saab neid järjestusi sidusalt juhtida täiendava kvantsüsteemiga, mis viib erinevate väravate järjekordade "superpositsioonini". Seda on võimalik saavutada kvantlülitina tuntud seadme abil, mida on viimastel aastatel kasutatud laialdaselt.

Eelkõige annab kvantlüliti arvutusliku eelise mõne lubadusprobleemi lahendamisel, näiteks Fourier' lubadusprobleemi lahendamisel. Selle ülesande eksperimentaalsed teostused on aga tehniliselt keerulised, kuna need nõuavad, et kvantsüsteemide mõõtmed muutuksid faktoriliselt vastavalt väravate arvule.

Siin üldistame varasemad lähenemisviisid, tutvustades kompleksset Hadamardi lubaduse probleemi ja tõestame, et see perekond on olemas iga lõpliku mõõtme jaoks, eemaldades Fourier lubaduse probleemi ebasoodsa skaleerimise. Lisaks võtame selle uuringu läbi pideva muutuva režiimi ja lõdvendame mitmete parameetrite piiranguid. See peaks inspireerima lubadusprobleemide uusi praktilisi rakendusi kvantlüliti abil.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{EscandonMonardes2023praktiline, doi = {10.22331/q-2023-03-09-945}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-03-09-945}, pealkiri com = {Praktiline kvantlüliti eelis üldise lubadusprobleemide perekonna puhul}, autor = {Escand{'{o}}n-Monardes, Jorge ja Delgado, Aldo ja Walborn, Stephen P.}, ajakiri = {{Kvant}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {7}, lehekülge = {945}, kuu = märts, aasta = { 2023} }

► Viited

[1] Lucien Hardy. "Kvantgravitatsiooniarvutid: määramatu põhjusliku struktuuriga arvutusteooria kohta". Raamatus Kvantreaalsus, relativistlik põhjuslikkus ja episteemilise ringi sulgemine: esseed Abner Shimony auks. Lk 379–401. Springer Holland, Dordrecht (2009).
https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9107-0_21

[2] Ognyan Oreshkov, Fabio Costa ja Časlav Brukner. "Kvantkorrelatsioonid ilma põhjusliku järjestuseta". Nature Communications 3, 1092 (2012).
https:///doi.org/10.1038/ncomms2076

[3] Giulio Chiribella, Giacomo Mauro D'Ariano, Paolo Perinotti ja Benoit Valiron. "Kvantarvutused ilma kindla põhjusliku struktuurita". Phys. Rev. A 88, 022318 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.88.022318

[4] Cyril Branciard. "Põhjusliku eraldamatuse tunnistajad: sissejuhatus ja mõned juhtumiuuringud". Scientific Reports 6, 26018 (2016).
https:///doi.org/10.1038/srep26018

[5] Giulia Rubino, Lee A. Rozema, Adrien Feix, Mateus Araújo, Jonas M. Zeuner, Lorenzo M. Procopio, Časlav Brukner ja Philip Walther. "Määramatu põhjusliku järjekorra katseline kontrollimine". Science Advances 3, e1602589 (2017).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.1602589

[6] K. Goswami, C. Giarmatzi, M. Kewming, F. Costa, C. Branciard, J. Romero ja AG White. "Määramatu põhjuslik järjekord kvantlülitis". Phys. Rev. Lett. 121, 090503 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.090503

[7] Flaminia Giacomini, Esteban Castro-Ruiz ja Časlav Brukner. "Pideva muutujaga süsteemide määramata põhjuslikud struktuurid". New Journal of Physics 18, 113026 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/11/113026

[8] Jessica Bavaresco, Mateus Araújo, Časlav Brukner ja Marco Túlio Quintino. "Määramatu põhjusliku järjekorra poolseadmest sõltumatu sertifikaat". Quantum 3, 176 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-08-19-176

[9] Huan Cao, Jessica Bavaresco, Ning-Ning Wang, Lee A. Rozema, Chao Zhang, Yun-Feng Huang, Bi-Heng Liu, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo ja Philip Walther. "Eksperimentaalne poolseadmest sõltumatu määramatu põhjusliku järjekorra sertifikaat" (2022). arXiv:2202.05346.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2202.05346
arXiv: 2202.05346

[10] Julian Wechs, Hippolyte Dourdent, Alastair A. Abbott ja Cyril Branciard. "Kvantahelad klassikalise versus põhjusliku järjekorra kvantkontrolliga". PRX Quantum 2, 030335 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030335

[11] Giulio Chiribella. Signaalivabade kanalite täiuslik diskrimineerimine põhjuslike struktuuride kvantsuperpositsiooni kaudu. Phys. Rev. A 86, 040301 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.86.040301

[12] Lorenzo M. Procopio, Amir Moqanaki, Mateus Araújo, Fabio Costa, Irati Alonso Calafell, Emma G. Dowd, Deny R. Hamel, Lee A. Rozema, Časlav Brukner ja Philip Walther. "Kvantväravate järjestuste eksperimentaalne superpositsioon". Nature Communications 6, 7913 (2015).
https:///doi.org/10.1038/ncomms8913

[13] Mateus Araújo, Fabio Costa ja Časlav Brukner. "Väravate kvantkontrollitud järjestamise arvutuslik eelis". Phys. Rev. Lett. 113, 250402 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.250402

[14] Márcio M. Taddei, Jaime Cariñe, Daniel Martínez, Tania García, Nayda Guerrero, Alastair A. Abbott, Mateus Araújo, Cyril Branciard, Esteban S. Gómez, Stephen P. Walborn, Leandro Aolita ja Gustavo Lima. "Arvutuslik eelis fotooniliste väravate mitme ajalise järjestuse kvantsuperpositsioonist". PRX Quantum 2, 010320 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010320

[15] Martin J. Renner ja Časlav Brukner. "Kubitvärava järjekordade kvantsuperpositsioonist tulenev arvutuslik eelis". Phys. Rev. Lett. 128, 230503 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.230503

[16] Adrien Feix, Mateus Araújo ja Časlav Brukner. “Parteide järjekorra kvantsuperpositsioon suhtlusressursina”. Phys. Rev. A 92, 052326 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.92.052326

[17] Philippe Allard Guérin, Adrien Feix, Mateus Araújo ja Časlav Brukner. "Suhtluse eksponentsiaalne keerukuse eelis suhtlussuuna kvantsuperpositsioonist". Phys. Rev. Lett. 117, 100502 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.100502

[18] Kejin Wei, Nora Tischler, Si-Ran Zhao, Yu-Huai Li, Juan Miguel Arrazola, Yang Liu, Weijun Zhang, Hao Li, Lixing You, Zhen Wang, Yu-Ao Chen, Barry C. Sanders, Qiang Zhang, Geoff J Pryde, Feihu Xu ja Jian-Wei Pan. "Eksperimentaalne kvantlülitus eksponentsiaalselt parema kvantkommunikatsiooni keerukuse saavutamiseks". Phys. Rev. Lett. 122, 120504 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.120504

[19] Daniel Ebler, Sina Salek ja Giulio Chiribella. "Täiustatud suhtlus määramata põhjusliku järjekorra abil". Phys. Rev. Lett. 120, 120502 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.120502

[20] Lorenzo M. Procopio, Francisco Delgado, Marco Enríquez, Nadia Belabas ja Juan Ariel Levenson. "Suhtluse täiustamine n kanali kvantkoherentse juhtimise kaudu määramata põhjusliku järjekorra stsenaariumis". Entroopia 21, 1012 (2019).
https:///doi.org/10.3390/e21101012

[21] Lorenzo M. Procopio, Francisco Delgado, Marco Enríquez, Nadia Belabas ja Juan Ariel Levenson. "Klassikalise teabe saatmine kolme mürarikka kanali kaudu põhjuslike järjestuste superpositsioonis". Phys. Rev. A 101, 012346 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.012346

[22] Lorenzo M. Procopio, Francisco Delgado, Marco Enríquez ja Nadia Belabas. "Kvant-3-lüliti teabeedastuse mitmekordne käitumine". Quantum Inf. Protsess. 20, 219 (2021).
https://doi.org/10.1007/s11128-021-03159-0

[23] K. Goswami, Y. Cao, GA Paz-Silva, J. Romero ja AG White. "Suhtlusvõime suurendamine järjekorra superpositsiooni kaudu". Phys. Rev. Research 2, 033292 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.2.033292

[24] Yu Guo, Xiao-Min Hu, Zhi-Bo Hou, Huan Cao, Jin-Ming Cui, Bi-Heng Liu, Yun-Feng Huang, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo ja Giulio Chiribella. "Kvantteabe eksperimentaalne edastamine põhjuslike järjestuste superpositsiooni abil". Phys. Rev. Lett. 124, 030502 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.030502

[25] Giulio Chiribella, Manik Banik, Some Sankar Bhattacharya, Tamal Guha, Mir Alimuddin, Arup Roy, Sutapa Saha, Sristy Agrawal ja Guruprasad Kar. "Määramatu põhjuslik järjekord võimaldab täiuslikku kvantkommunikatsiooni nullvõimsusega kanalitega." New Journal of Physics 23, 033039 (2021).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/abe7a0

[26] Giulio Chiribella, Matt Wilson ja HF Chau. "Kvant- ja klassikaline andmeedastus täielikult depolariseerivate kanalite kaudu tsükliliste järjestuste superpositsioonis". Phys. Rev. Lett. 127, 190502 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.190502

[27] Matt Wilson ja Giulio Chiribella. "Skeemiline lähenemine teabe edastamisele üldistatud lülitites". Toimetajad Benoı̂t Valiron, Shane Mansfield, Pablo Arrighi ja Prakash Panangaden, Proceedings 17th International Conference on Quantum Physics and Logic, Pariis, Prantsusmaa, 2.–6. juuni 2020. Volume 340 of Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science333 – lk. 348. Avatud Kirjastuste Ühing (2021).
https:///doi.org/10.4204/EPTCS.340.17

[28] Sk Sazim, Michal Sedlak, Kratveer Singh ja Arun Kumar Pati. "Klassikaline suhtlus määramatu põhjusliku järjestusega $n$ täielikult depolariseerivate kanalite jaoks". Phys. Rev. A 103, 062610 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.062610

[29] David Felce ja Vlatko Vedral. "Kvantjahutus määramata põhjusliku järjestusega". Phys. Rev. Lett. 125, 070603 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.070603

[30] Kyrylo Simonov, Gianluca Francica, Giacomo Guarnieri ja Mauro Paternostro. "Töö eraldamine sidusalt aktiveeritud kaartidelt kvantlüliti kaudu". Phys. Rev. A 105, 032217 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.105.032217

[31] Michael Frey. "Määramatu põhjuslik järjekord aitab tuvastada kvantdepolariseerivat kanalit". Quantum Inf. Protsess. 18 (2019).
https://doi.org/10.1007/s11128-019-2186-9

[32] Xiaobin Zhao, Yuxiang Yang ja Giulio Chiribella. "Määramatu põhjusliku järjestusega kvantmetroloogia". Phys. Rev. Lett. 124, 190503 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.190503

[33] François Chapeau-Blondeau. "Mürarikas kvantmetroloogia määramatu põhjusliku järjekorra abil". Phys. Rev. A 103, 032615 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.032615

[34] Stefano Facchini ja Simon Perdrix. "Kvantahelad ühtse permutatsiooniprobleemi jaoks". Rahul Jain, Sanjay Jain ja Frank Stephan, toimetajad, Theory and Applications of Models of Computation. Lk 324–331. Cham (2015). Springer International Publishing.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-17142-5_28

[35] Martin J. Renner ja Časlav Brukner. "Väravate kvantkontrollitud järjestuse arvutusliku eelise ümberhindamine". Phys. Rev. Research 3, 043012 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.043012

[36] Mohammad Mirhosseini, Omar S Magaña-Loaiza, Malcolm N O'Sullivan, Brandon Rodenburg, Mehul Malik, Martin PJ Lavery, Miles J Padgett, Daniel J Gauthier ja Robert W Boyd. "Kõrgmõõtmeline kvantkrüptograafia keerutatud valgusega". New Journal of Physics 17, 033033 (2015).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/3/033033

[37] Leonardo Neves, G. Lima, JG Aguirre Gómez, CH Monken, C. Saavedra ja S. Pádua. "Kviditide põimunud olekute genereerimine kaksikfootonite abil". Phys. Rev. Lett. 94, 100501 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.100501

[38] SP Walborn, DS Lemelle, parlamendiliige Almeida ja PH Souto Ribeiro. "Kvantvõtmete jaotus kõrgema järgu tähestikuga, kasutades ruumiliselt kodeeritud kvidite". Phys. Rev. Lett. 96, 090501 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.090501

[39] Wojciech Tadej ja Karol Życzkowski. "Komplekssete hadamardmaatriksite kokkuvõtlik juhend". Open Systems & Information Dynamics 13, 133–177 (2006).
https://doi.org/10.1007/s11080-006-8220-2

[40] Butsoni juures. "Generaliseeritud Hamamardi maatriksid". Proceedings of the American Mathematical Society 13, 894–898 (1962).
https://doi.org/10.1090/S0002-9939-1962-0142557-0

[41] Timoteo Colnaghi, Giacomo Mauro D'Ariano, Stefano Facchini ja Paolo Perinotti. "Kvantarvutus väravate vaheliste programmeeritavate ühendustega". Physics Letters A 376, 2940–2943 (2012).
https:///doi.org/10.1016/j.physleta.2012.08.028

[42] Kari-Jouko Räihä ja Esko Ukkonen. "Lühim levinud kahendtähestiku ülemjärjestuse probleem on np-täielik." Teoreetiline arvutiteadus 16, 187–198 (1981).
https://doi.org/10.1016/0304-3975(81)90075-X

[43] Kang Ning ja Hon Wai Leong. "Lühimale ühisele superjärjestuse probleemile parema lahenduse poole: ladestamise ja redutseerimise algoritm". Esimesel rahvusvahelisel arvuti- ja arvutusteaduste multisümpoosionil (IMSCCS'06). 1. köide, lk 84–90. (2006).
https:///doi.org/10.1109/IMSCCS.2006.136

[44] PJ Koutas ja TC Hu. "Lühim string, mis sisaldab kõiki permutatsioone". Discrete Mathematics 11, 125–132 (1975).
https://doi.org/10.1016/0012-365X(75)90004-7

[45] XS Liu, GL Long, DM Tong ja Feng Li. "Üldine mitme osapoole vahelise ülitiheda kodeerimise skeem". Phys. Rev. A 65, 022304 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.022304

[46] Michael Reck, Anton Zeilinger, Herbert J. Bernstein ja Philip Bertani. "Iga diskreetse ühtse operaatori eksperimentaalne realiseerimine". Phys. Rev. Lett. 73, 58-61 (1994).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.58

[47] Andrea Crespi, Roberto Osellame, Roberta Ramponi, Marco Bentivegna, Fulvio Flamini, Nicolò Spagnolo, Niko Viggianiello, Luca Innocenti, Paolo Mataloni ja Fabio Sciarrino. "Kvantolekute allasurumise seadus 3D-fotoonilises kiires Fourier-teisenduskiibis". Nature Communications 7, 10469 (2016).
https:///doi.org/10.1038/ncomms10469

[48] J. Cariñe, G. Cañas, P. Skrzypczyk, I. Šupić, N. Guerrero, T. Garcia, L. Pereira, MAS Prosser, GB Xavier, A. Delgado, SP Walborn, D. Cavalcanti ja G. Lima. "Mitmetuumalised kiudainetega integreeritud mitme pordiga kiirjaoturid kvantteabe töötlemiseks". Optica 7, 542–550 (2020).
https:///doi.org/10.1364/OPTICA.388912

[49] Alexandra Maria Pălici, Tudor-Alexandru Isdrailă, Stefan Ataman ja Radu Ionicioiu. "OAM-tomograafia Heisenbergi-Weyli vaadeldavate näitajatega". Quantum Science and Technology 5, 045004 (2020).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/ab9e5b

[50] Osvaldo Jiménez Farías, Fernando de Melo, Pérola Milman ja Stephen P. Walborn. "Kvantinformatsiooni töötlemine kvanttalbot vaipade kudumisega". Phys. Rev. A 91, 062328 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.91.062328

[51] Mariana R. Barros, Andreas Ketterer, Osvaldo Jiménez Farías ja Stephen P. Walborn. "Vaba ruumiga takerdunud kvantvaibad". Phys. Rev. A. 95, 042311 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.95.042311

[52] DS Tasca, RM Gomes, F. Toscano, PH Souto Ribeiro ja SP Walborn. "Pideva muutujaga kvantarvutus footonite ruumilise vabadusastmega". Phys. Rev. A 83, 052325 (2011).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.83.052325

Viidatud

Ei saanud tuua Ristviide viidatud andmete alusel viimase katse ajal 2023-03-09 17:32:18: 10.22331/q-2023-03-09-945 viidatud andmeid ei saanud Crossrefist tuua. See on normaalne, kui DOI registreeriti hiljuti. Peal SAO/NASA KUULUTUSED teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2023-03-09 17:32:19).

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.
Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
Allikas: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-03-09-945/

Ajatempel: Märtsil 9, 2023

Praktiline arvutuslik eelis kvantlülitist üldise lubadusprobleemide perekonna puhul

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

Populaarne kokkuvõte

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Multi-Qubit Quantum Gate, mis kasutab Zeno efekti

Transformatsioonid kvantvõrkudes kohalike operatsioonide kaudu, mida toetavad lõputult paljud klassikalise suhtluse voorud

Pulsiefektiivne kvantmasinaõpe

Sidus tagasiside optomehaanilistes süsteemides külgriba lahendamata režiimis

Koherentsusteooria roll atraktor-kvantnärvivõrkudes

Kohalike hamiltonlaste lühiajalise evolutsiooni piirid

Kattunud rühmitamise mõõtmine: ühtne raamistik kvantolekute mõõtmiseks

Kvant-algoritm põhioleku energia hindamiseks, kasutades vooluringi sügavust ja eksponentsiaalselt paranenud sõltuvus täpsusest

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto