Lühemad kvantahelad ühe qubit paisu lähendamise kaudu

Lühemad kvantahelad ühe qubit paisu lähendamise kaudu

Lühemad kvantahelad ühe qubit värava lähenduse kaudu PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikaalne otsing. Ai.

Vadõm Kliutšnikov1,2, Kristin Lauter3, Romy Minko4,5, Adam Paetznick1ja Christophe Petit6,7

1Microsoft Quantum, Redmond, WA, USA
2Microsoft Quantum, Toronto, ON, CA
3Facebook AI Research, Seattle, WA, USA
4Oxfordi ülikool, Oxford, Suurbritannia
5Heilbronni matemaatikauuringute instituut, Bristoli ülikool, Bristol, Ühendkuningriik
6Birminghami Ülikool, Birmingham, Ühendkuningriik
7Université Libre de Bruxelles, Brüssel, Belgia

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

Abstraktne

Anname uudse protseduuri üldiste ühekubitiliste unitaaride lähendamiseks lõplikust universaalvärava komplektist, taandades probleemi uudseks suurusjärgu lähendamise probleemiks, saavutades järjestuse pikkuse kohese paranemise 7/9 võrra. Tööde pikendamine [28] Ja [15], näitame, et kanalite tõenäosuslike segude kasutamine tagavara lahendamiseks [13] ja suurusjärgu aproksimeerimise probleemid säästavad ligikaudsetes kuludes kaks korda. Täpsemalt saavutame Clifford+$sqrt{mathrm{T}}$ väravakomplekti puhul keskmise mitte-Cliffordi väravate arvu $0.23log_2(1/varepsilon)+2.13$ ja T-arvu $0.56log_2(1/varepsilon)+5.3 $ segatud varulähendustega teemantnormi täpsuse jaoks $varepsilon$.
See artikkel annab lisaks nendele uutele kavatsustele tervikliku ülevaate värava lähendamisest. Anname ots-otsa protseduuri väravate lähendamiseks üldiste väravhulkade jaoks, mis on seotud mõne kvaternionalgebraga, pakkudes pedagoogilisi näiteid, kasutades tavalisi tõrketaluvusega väravakomplekte (V, Clifford+T ja Clifford+$sqrt{mathrm{T}}$) . Pakume ka üksikasjalikke arvulisi tulemusi Clifford+T ja Clifford+$sqrt{mathrm{T}}$ väravakomplektide kohta. Püüdes hoida paberit iseseisvana, lisame ülevaate asjakohastest täisarvupunktide loendamise ja suhtelise normi võrrandi lahendamise algoritmidest. Lisades pakume hulga täiendavaid rakendusi suurusjärgu aproksimeerimise probleemidele, samuti täpse sünteesi täiustatud algoritme.

► BibTeX-i andmed

► Viited

[1] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, Fernando G. S. L. Brandao, David A. Buell, Brian Burkett, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Brooks Foxen, Austin Fowler, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Keith Guerin, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Michael J. Hartmann, Alan Ho, Markus Hoffmann, Trent Huang, Travis S. Humble, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Dvir Kafri, Kostjantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Paul V. Klimov, Sergey Knysh, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Mike Lindmark, Erik Lucero, Dmitri Ljah, Salvatore Mandrà, Jarrod R. McClean, Matthew McEwen, Anthony Megrant, Xiao Mi, Kristel Michielsen, Masoud Mohseni, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Murphy Yuezhen Niu, Eric Ostby, Andre Petukhov, John C. Chris Quintana, Eleanor G. Rieffel, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Kevin J. Sung, Matthew D. Trevithick, Amit Vainsencher, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao , Ping Yeh, Adam Zalcman, Hartmut Neven ja John M. Martinis, „Kvantide ülemvõim programmeeritava ülijuhtiva protsessori abil“ Nature 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[2] Wojciech Banaszczyk “Ebavõrdsused kumerate kehade ja polaarsete pöördvõrede jaoks in $R^n$” Discrete & Computational Geometry 13, 217–231 (1995).
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF02574039

[3] Adriano Barenco, Charles H. Bennett, Richard Cleve, David P. DiVincenzo, Norman Margolus, Peter Shor, Tycho Sleator, John A. Smolin ja Harald Weinfurter, "Elementary gates for Quantum Computation" Physical Review A 52, 3457–3467 1995).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.52.3457

[4] Andreas Blass, Alex Bocharov ja Juri Gurevitš, "Optimaalsed lisaseadmeteta Pauli+V ahelad aksiaalseteks pööreteks" Journal of Mathematical Physics 56, 122201 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.4936990
arXiv: 1412.1033

[5] Michael Beverland, Earl Campbell, Mark Howard ja Vadym Kliuchnikov, "Mitte-Cliffordi ressursside alumised piirid kvantarvutuste jaoks", Quantum Science and Technology 5, 035009 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ab8963
arXiv: 1904.01124

[6] Michael E. Beverland, Prakash Murali, Matthias Troyer, Krysta M. Svore, Torsten Hoefler, Vadym Kliuchnikov, Guang Hao Low, Mathias Soeken, Aarthi Sundaram ja Alexander Vaschillo, “Assessing requirements to scale to praktilise kvanteelise saavutamiseks” (2022).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2211.07629
arXiv: 2211.07629

[7] Jean Bourginand Alex Gamburd "A Spectral Gap Theorem in SU$(d)$" Journal of the European Mathematical Society 14, 1455–1511 (2012).
https://​/​doi.org/​10.4171/​JEMS/​337

[8] Alex Bocharov, Juri Gurevitš ja Krysta M. Svore, „Ühe kubiti väravate tõhus lagunemine V-põhisteks vooluringideks” Physical Review A 88, 1–13 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.88.012313
arXiv: 1303.1411

[9] Sergei Bravyi ja Aleksei Kitaev “Universaalne kvantarvutus ideaalsete Cliffordi väravate ja mürarikaste lisaseadmetega” Phys. Rev. A 71, 022316 (2005).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.71.022316

[10] Sergey Bravyiand Robert König “Topoloogiliselt kaitstud väravate klassifikatsioon kohalike stabilisaatorikoodide jaoks” Phys. Rev. Lett. 110, 170503 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.110.170503

[11] Michael E. Beverland, Aleksander Kubica ja Krysta M. Svore, „Universaalsuse hind: oleku destilleerimise üldkulude ja värvikoodidega koodivahetuse võrdlev uuring” PRX Quantum 2, 020341 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.020341

[12] Alex Bocharov, Martin Roetteler ja Krysta M Svore, "Universaalsete korduste-kuni edu kvantahelate tõhus süntees" Physical Review Letters 114, 080502 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.114.080502
arXiv: 1404.5320

[13] Alex Bocharov, Martin Roetteler ja Krysta M. Svore, "Tõenäosuslike kvantahelate tõhus süntees varuosaga" Physical Review A 91, 052317 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.91.052317
arXiv: 1409.3552

[14] Vera von Burg, Guang Hao Low, Thomas Häner, Damian S. Steiger, Markus Reiher, Martin Roetteler ja Matthias Troyer, „Kvantarvuti täiustatud arvutuslik katalüüs” Phys. Rev. Research 3, 033055 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.033055

[15] Earl Campbell “Lühimad väravajadad kvantarvutuseks unitaaride segamisel” Physical Review A 95 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.95.042306
arXiv: 1612.02689

[16] Andrew M. Childs, Yuan Su, Minh C. Tran, Nathan Wiebe ja Shuchen Zhu, "Traavi vea teooria kommutaatori skaleerimisel" Phys. Rev. X 11, 011020 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.011020

[17] Denis X. Charles, Kristin E. Lauter ja Eyal Z. Goren, “Cryptographic Hash Functions from Expander Graphs” Journal of Cryptology 22, 93–113 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1007/​s00145-007-9002-x

[18] Henri Cohen “Arvutuslike arvuteooria arenenud teemad” Springer New York (2000).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4419-8489-0

[19] Henri Cohen “Arvutusalgebralise arvuteooria kursus” Springer Berlin Heidelberg (1993).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-662-02945-9

[20] Lühemate kvantahelate andmekogum (2023).
https://​/​azure-quantum-notebooks.azurefd.net/​publicdata/​shorter-quantum-circuits-dataset.tar

[21] Bryan Eastinand Emanuel Knill “Piirangud transversaalsetele kodeeritud kvantväravakomplektidele” Phys. Rev. Lett. 102, 110502 (2009).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.102.110502

[22] Simon Forest, David Gosset, Vadym Kliuchnikov ja David McKinnon, "Ühe qubit unitaaride täpne süntees Cliffordi tsüklotoomiliste väravakomplektide kaudu" Journal of Mathematical Physics 56, 082201 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.4927100

[23] Daniel Gottesman ja Isaac L. Chuang "Universaalse kvantarvutuse elujõulisuse demonstreerimine teleportatsiooni ja ühe kubiti operatsioonide abil" Nature 402, 390–393 (1999).
https://​/​doi.org/​10.1038/​46503

[24] Craig Gidney ja Austin G. Fowler „Tõhusad maagilised tehased katalüüsitud $|CCZ⟩$ kuni $2|T⟩$ teisendusega” Quantum 3, 135 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-04-30-135

[25] Joachim von zur Gathenand Jürgen Gerhard “Modern Computer Algebra” Cambridge University Press (2013).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9781139856065

[26] Craig Gidney “Kvantliitmise kulude poole võrrandamine” Quantum 2, 74 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-06-18-74

[27] David Gosset, Vadym Kliuchnikov, Michele Mosca ja Vincent Russo, "Algoritm T-Countile" Quantum Info. Arvuta. 14, 1261–1276 (2014).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1308.4134

[28] Matthew B. Hastings „Värava sünteesi vigade muutmine ebajärjekindlateks vigadeks” Quantum Information and Computation 17, 488–494 (2017).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1612.01011
arXiv: 1612.01011

[29] Aram W. Harrow, Benjamin Recht ja Isaac L. Chuang, "Kvantväravate tõhusad diskreetsed lähendused" Journal of Mathematical Physics 43, 4445–4451 (2002).
https://​/​doi.org/​10.1063/​1.1495899

[30] Kenneth Ireland ja Michael Rosen "Klassikaline sissejuhatus kaasaegsesse arvuteooriasse" Springer New York (1990).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4757-2103-4

[31] Raban Iten, Roger Colbeck, Ivan Kukuljan, Jonathan Home ja Matthias Christandl, "Isomeetriate kvantahelad" Phys. Rev. A 93, 032318 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.93.032318

[32] Raban Iten, Oliver Reardon-Smith, Emanuel Malvetti, Luca Mondada, Gabrielle Pauvert, Ethan Redmond, Ravjot Singh Kohli ja Roger Colbeck, „Sissejuhatus UniversalQCompilerisse” (2021).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1904.01072
arXiv: 1904.01072

[33] Nathaniel Johnston, David W. Kribs ja Vern I. Paulsen, "Kvantoperatsioonide stabiliseeritud normide arvutamine täielikult piiritletud kaartide teooria kaudu" Quantum Info. Arvuta. 9, 16–35 (2009).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0711.3636

[34] Aleksandr Jakovlevitš Khinchin “Kroneckeri lähendusteooria kvantitatiivne formuleering” Izvestija Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Matematicheskaya 12, 113–122 (1948).

[35] V Kliuchnikov, A Bocharov, M Roetteler ja J Yard, "A Framework for Approximating Qubit Unitaries" (2015).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1510.03888
arXiv: 1510.03888

[36] Phillip Kaye, Raymond Laflamme ja Michele Mosca, "Sissejuhatus kvantarvutusse" Oxford University Press (2006).
https://​/​doi.org/​10.1093/​oso/​9780198570004.001.0001

[37] V Kliuchnikov, D. Maslov ja M Mosca, „Ühe kubiti ühikute asümptootiliselt optimaalne lähendamine Cliffordi ja T-ahelate abil, kasutades konstantset lisakubitite arvu” Physical Review Letters 110, 190502 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.110.190502
arXiv: 1212.0822

[38] Vadym Kliuchnikov, Dmitri Maslov ja Michele Mosca, "Cliffordi ja T Gatesi genereeritud ühe kubiidi ühikute kiire ja tõhus täpne süntees" Quantum Info. Arvuta. 13, 607–630 (2013).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1206.5236

[39] V Kliuchnikovand J Yard “Täpse sünteesi raamistik” (2015).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1504.04350
arXiv: 1504.04350

[40] Guang Hao Lowand Isaac L. Chuang “Optimaalne Hamiltoni simulatsioon kvantsignaalitöötluse abil” Phys. Rev. Lett. 118, 010501 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.118.010501

[41] Franz Lemmermeyer “Eukleidiline algoritm algebraliste arvuväljade puhul” Expositiones Mathematicae 13, 385–416 (1995).

[42] H. W. Lenstra “Täisarvprogrammeerimine fikseeritud arvu muutujatega” Mathematics of Operations Research 8, 538–548 (1983).
https://​/​doi.org/​10.1287/​moor.8.4.538

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

[44] A. K. Lenstra, H. W. Lenstra ja L. Lovász, „Polünoomide faktoristamine ratsionaalsete kordajatega” Mathematische Annalen 261, 515–534 (1982).
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF01457454

[45] A. Lubotzky, R. Phillips ja P. Sarnak, “Ramanujan graphs” Combinatorica 8, 261–277 (1988).
https://​/​doi.org/​10.1007/​BF02126799

[46] Easwar Magesan, Jay M. Gambetta ja Joseph Emerson, "Kvantväravate iseloomustamine randomiseeritud võrdlusuuringu abil" Phys. Rev. A 85, 042311 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.85.042311

[47] Emanuel Malvetti, Raban Iten ja Roger Colbeck, "Kvantahelad hõredate isomeetrite jaoks" Quantum 5, 412 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-03-15-412

[48] Michael A. Nielsenand Isaac L. Chuang „Quantum Computation and Quantum Information“ Cambridge University Press (2012).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511976667

[49] Lühemate kvantahelate märkmik (2023).
https:/​/​github.com/​microsoft/​Quantum/​blob/​a57178163b64a060d37603355c8a78571075f679/​samples/​azure-quantum/​shorter-quantum-circuits/​shorter-quantum-circuits-dataset.ipynb

[50] Gabriele Nebe, Eric M. Rains ja Neil J.A. Sloane, "Reaalsed ja keerulised Cliffordi rühmad" Springer Berlin Heidelberg (2006).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-30731-1_6

[51] Yunseong Nam, Yuan Su ja Dmitri Maslov, "Ligikaudne kvant-Fourieri teisendus O(n log(n)) T väravatega" npj Quantum Information 6, 26 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0257-5

[52] Christophe Petit, Kristin Lauter ja Jean-Jacques Quisquater, "LPS-i ja Morgensterni räsifunktsioonide täielik krüptaanalüüs" (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-85855-3_18

[53] Eduardo Carvalho Pinto ja Christophe Petit “Paremad teeotsingu algoritmid LPS Ramanujani graafikutes” Journal of Mathematical Cryptology 12, 191–202 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1515/​jmc-2017-0051

[54] Adam Paetznickand Krysta M. Svore „Korda kuni eduni: ühe qubit unitaaride mittedeterministlik lagunemine” Quantum Information and Computation 14, 1277–1301 (2014).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1311.1074
arXiv: 1311.1074

[55] Ori Parzanchevski ja Peter Sarnak “Super-Golden-Gates for PU(2)” Advances in Mathematics 327, 869–901 (2018) Eriköide David Kazhdani auks.
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.aim.2017.06.022

[56] Neil J. Ross "Optimaalne kõrvalsaadeteta Clifford+V lähenemine Z-pööretele" Quantum Info. Arvuta. 15, 932–950 (2015).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1409.4355

[57] Neil J. Rossand Peter Selinger „Z-pöörete optimaalne lisaseadmeteta Clifford+T lähendus” Quantum Information & Computation 15, 932–950 (2015).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1403.2975
arXiv: 1403.2975

[58] Peter Sarnak “Kiri Aaronsonile ja Pollingtonile Solvay-Kitajevi teoreemi ja Kuldsete väravate kohta, 2015”.
http://​/​publications.ias.edu/​sarnak/​paper/​2637

[59] Naser T Sardari “Tugeva lähenemise keerukus sfääris” International Mathematics Research Notices 2021, 13839–13866 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1093/​imrn/​rnz233

[60] Peter Selinger „Ühekubitiste operaatorite tõhus Clifford+T lähendus” Quantum Information & Computation 15, 159–180 (2015).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1212.6253
arXiv: 1212.6253

[61] Zachary Stieri erasuhtlus (2020).

[62] Jean-Pierre Tillichand Gilles Zémor “Kokkupõrked LPS-i laiendaja graafiku räsifunktsiooni jaoks” Krüptograafiliste tehnikate teooria ja rakenduste aastakonverents 254–269 (2008).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-78967-3_15

[63] John Voight “Quaternion Algebras” Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-56694-4

[64] Lawrence C. Washington “Sissejuhatus tsüklotoomiväljadesse” Springer New York (1997).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4612-1934-7

[65] John Watrous “Kvantinformatsiooni teooria” Cambridge University Press (2018).
https://​/​doi.org/​10.1017/​9781316848142

[66] Paul Webster ja Stephen D. Bartlett “Tõrkekindlad kvantväravad topoloogiliste stabilisaatorikoodide defektidega” Phys. Rev. A 102, 022403 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.102.022403

Viidatud

[1] Daniel Litinski ja Naomi Nickerson, "Aktiivne maht: arhitektuur tõhusate tõrketaluvate kvantarvutite jaoks, millel on piiratud mittekohalikud ühendused", arXiv: 2211.15465, (2022).

[2] Pascal Baßler, Matthias Zipper, Christopher Cedzich, Markus Heinrich, Patrick H. Huber, Michael Johanning ja Martin Kliesch, “Synthesis of and compilation with Time-optimal multi-qubit gates” Quantum 7 984 (2023).

[3] Seiseki Akibue, Go Kato ja Seiichiro Tani, "Tõenäosuslik unitaarne süntees optimaalse täpsusega", arXiv: 2301.06307, (2023).

[4] Thomas Lubinski, Cassandra Granade, Amos Anderson, Alan Geller, Martin Roetteler, Andrei Petrenko ja Bettina Heim, “Hübriidse kvant-klassikalise arvutuse edendamine reaalajas täitmisega”, Frontiers in Physics 10, 940293 (2022).

[5] Seiseki Akibue, Go Kato ja Seiichiro Tani, "Tõenäosuslik oleku süntees põhineb optimaalsel kumeral lähendusel", arXiv: 2303.10860, (2023).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-12-19 01:59:59). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

On Crossrefi viidatud teenus teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2023-12-19 01:59:58).

Ajatempel:

Veel alates Quantum Journal