سایه های کلاسیک بر اساس اندازه گیری های درهم تنیده محلی

سایه های کلاسیک بر اساس اندازه گیری های درهم تنیده محلی

ماتئو ایپولیتی

گروه فیزیک، دانشگاه تگزاس در آستین، آستین، TX 78712، ایالات متحده آمریکا
گروه فیزیک، دانشگاه استنفورد، استانفورد، CA 94305، ایالات متحده آمریکا

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

ما پروتکل‌های سایه‌های کلاسیک را بر اساس اندازه‌گیری‌های تصادفی در پایگاه‌های درهم‌تنیده $n$-qubit مطالعه می‌کنیم و پروتکل اندازه‌گیری تصادفی پائولی را تعمیم می‌دهیم ($n = 1$). ما نشان می‌دهیم که اندازه‌گیری‌های درهم‌تنیده ($ngeq 2$) مبادلات بی‌اهمیت و بالقوه سودمند را در پیچیدگی نمونه یادگیری ارزش‌های انتظار پائولی امکان‌پذیر می‌سازد. این به وضوح با سایه‌های مبتنی بر اندازه‌گیری‌های بل دو کیوبیتی نشان داده می‌شود: مقیاس‌بندی پیچیدگی نمونه با وزن پائولی $k$ بطور درجه دوم بهبود می‌یابد (از $sim 3^k$ به پایین $sim 3^{k/2}$) برای بسیاری اپراتورها، در حالی که یادگیری دیگران غیر ممکن می شود. تنظیم میزان درهم تنیدگی در پایه‌های اندازه‌گیری، خانواده‌ای از پروتکل‌ها را تعریف می‌کند که بین سایه‌های Pauli و Bell درون‌یابی می‌کنند و برخی از مزایای هر دو را حفظ می‌کنند. برای n$ بزرگ، نشان می‌دهیم که اندازه‌گیری‌های تصادفی در پایه‌های گیگاهرتز $n$-qubit بهترین مقیاس‌بندی را تا $sim (3/2)^k$ بیشتر بهبود می‌بخشد، البته در مجموعه‌ای از اپراتورها به طور فزاینده‌ای محدود. این پروتکل‌ها علیرغم سادگی و نیازهای سخت‌افزاری پایین‌تر، می‌توانند با «سایه‌های کم عمق» اخیراً معرفی‌شده در برخی از وظایف تخمین پائولی که عملاً مرتبط هستند، مطابقت داشته باشند یا بهتر عمل کنند.

► داده های BibTeX

◄ مراجع

[1] هسین یوان هوانگ، ریچارد کوئنگ و جان پرسکیل. "پیش بینی بسیاری از خواص یک سیستم کوانتومی از اندازه گیری های بسیار کم". Nature Physics 16، 1050–1057 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-0932-7

[2] آندریاس البن، استیون تی فلامیا، هسین یوان هوانگ، ریچارد کوئنگ، جان پرسکیل، بنوا ورمرش و پیتر زولر. "جعبه ابزار اندازه گیری تصادفی". Nature Reviews Physics 5، 9-24 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-022-00535-2

[3] چارلز هادفیلد، سرگی براوی، رودی ریموند و آنتونیو مزاکاپو. "اندازه گیری هامیلتونی های کوانتومی با سایه های کلاسیک محلی با سوگیری" (2020). arXiv:2006.15788.
arXiv: 2006.15788

[4] Senrui Chen، Wenjun Yu، Pei Zeng و Steven T. Flammia. ” برآورد سایه قوی ” . PRX Quantum 2, 030348 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.030348

[5] آتیتی آچاریا، سیذارتا ساها، و انیروان ام. سنگوپتا. "توموگرافی سایه بر اساس اندازه گیری اطلاعاتی کامل مثبت اپراتور". بررسی فیزیکی A 104, 052418 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.104.052418

[6] جی آی استروچالین، بله. A. Zagorovskii، EV Kovlakov، SS Straupe، و SP Kulik. "برآورد تجربی ویژگی های حالت کوانتومی از سایه های کلاسیک". PRX Quantum 2, 010307 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.010307

[7] رایان لوی، دی لو و برایان کی کلارک. "سایه های کلاسیک برای توموگرافی فرآیند کوانتومی در کامپیوترهای کوانتومی کوتاه مدت". تحقیقات مروری فیزیکی 6، 013029 (2024).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.6.013029

[8] جاناتان کونجومن، مین سی تران، دنیل کارنی و جیکوب ام. تیلور. "توموگرافی فرآیند سایه کانال های کوانتومی". بررسی فیزیکی A 107, 042403 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.107.042403

[9] هسین یوان هوانگ. "یادگیری حالات کوانتومی از سایه های کلاسیک آنها". Nature Reviews Physics 4، 81-81 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00411-5

[10] کیانا وان، ویلیام جی. هاگینز، جونهو لی و رایان بابوش. سایه های Matchgate برای شبیه سازی کوانتومی فرمیونی. ارتباطات در فیزیک ریاضی 404، 629-700 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-023-04844-0

[11] کایفنگ بو، داکس انشان کوه، روی جی. گارسیا، و آرتور جافه. «سایه‌های کلاسیک با مجموعه‌های یکپارچه ثابت پائولی». npj اطلاعات کوانتومی 10، 1-7 (2024).
https://doi.org/​10.1038/​s41534-023-00801-w

[12] H. Chau Nguyen، Jan Lennart Bonsel، Jonathan Steinberg و Otfried Guhne. "بهینه سازی توموگرافی سایه با اندازه گیری های تعمیم یافته". Physical Review Letters 129, 220502 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.129.220502

[13] داکس انشان کوه و سابی گروال. "سایه های کلاسیک با نویز". Quantum 6, 776 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-16-776

[14] دانیل گریر، هاکوپ پاشایان و لوک شفر. "سایه های کلاسیک نمونه بهینه برای حالت های خالص" (2022). arXiv:2211.11810.
arXiv: 2211.11810

[15] سیمون بکر، نیلانجانا داتا، لودویکو لامی و کامبیس روزه. "توموگرافی سایه کلاسیک برای سیستم های کوانتومی متغیرهای پیوسته" (2022). arXiv:2211.07578.
arXiv: 2211.07578

[16] علیرضا سیف، زی پی سیان، سیسی ژو، سنروی چن و لیانگ جیانگ. «تقطیر سایه: کاهش خطای کوانتومی با سایه‌های کلاسیک برای پردازنده‌های کوانتومی نزدیک‌مدت». PRX Quantum 4, 010303 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.4.010303

[17] کاترین ون کرک، جردن کاتلر، هسین یوان هوانگ و میخائیل دی. لوکین. "یادگیری کارآمد از نظر سخت افزاری حالات چند جسمی کوانتومی" (2022). arXiv:2212.06084.
arXiv: 2212.06084

[18] فرانک آروت، کونال آریا، رایان بابوش، دیو بیکن، جوزف سی باردین، رامی بارندز، روپاک بیسواس، سرجیو بویکسو و دیگران. "برتری کوانتومی با استفاده از یک پردازنده ابررسانا قابل برنامه ریزی". Nature 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[19] Ehud Altman، Kenneth R. Brown، Giuseppe Carleo، Lincoln D. Carr، Eugene Demler، Cheng Chin، برایان DeMarco، Sophia E. Economou، و همکاران. شبیه سازهای کوانتومی: معماری ها و فرصت ها PRX Quantum 2, 017003 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.2.017003

[20] سپهر عبادی، توت تی وانگ، هری لوین، الکساندر کیسلینگ، جولیا سمگینی، احمد عمران، دولف بلووستین، راین ساماجدار و همکاران. "فازهای کوانتومی ماده در یک شبیه ساز کوانتومی قابل برنامه ریزی ۲۵۶ اتمی". Nature 256, 595-227 (232).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03582-4

[21] شیائو می، پدرام روشن، کریس کوئینتانا، سالواتوره ماندرا، جفری مارشال، چارلز نیل، فرانک آروت، کونال آریا، و همکاران. "درهم آمیختن اطلاعات در مدارهای کوانتومی". Science 374, 1479-1483 (2021).
https://doi.org/​10.1126/​science.abg5029

[22] Tiff Brydges، Andreas Elben، Petar Jurcevic، Benoit Vermersch، Christine Maier، Ben P. Lanyon، Peter Zoller، Rainer Blatt، و همکاران. "کاوشگر آنتروپی درهم تنیدگی Renyi از طریق اندازه گیری های تصادفی". Science 364, 260-263 (2019).
https://doi.org/​10.1126/​science.aau4963

[23] A. Elben، B. Vermersch، CF Roos، و P. Zoller. "همبستگی های آماری بین اندازه گیری های تصادفی محلی: جعبه ابزاری برای کاوش درهم تنیدگی در حالت های کوانتومی چند جسمی". فیزیک Rev. A 99, 052323 (2019).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.99.052323

[24] احمد آ. اختر، هونگ-یه هو، و یی-ژوانگ یو. "توموگرافی سایه کلاسیک مقیاس پذیر و انعطاف پذیر با شبکه های تانسور". Quantum 7, 1026 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-06-01-1026

[25] کریستین برتونی، یوناس هافرکمپ، مارسل هینشه، ماریو یوآنو، ینس ایزرت و هاکوپ پاشایان. "سایه های کم عمق: برآورد انتظارات با استفاده از مدارهای تصادفی کلیفورد با عمق کم" (2022). arXiv:2209.12924.
arXiv: 2209.12924

[26] میرکو آرینزو، مارکوس هاینریش، اینگو راث و مارتین کلیش. "عبارات تحلیلی شکل بسته برای تخمین سایه با مدارهای آجرکاری". اطلاعات و محاسبات کوانتومی 23، 961 (2023).
https://doi.org/​10.26421/​QIC23.11-12-5

[27] ماتئو ایپولیتی، یائودونگ لی، تیبور راکوفسکی و ودیکا خامانی. "آرامش اپراتور و عمق بهینه سایه های کلاسیک". Physical Review Letters 130, 230403 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.130.230403

[28] هسین یوان هوانگ، ریچارد کوئنگ و جان پرسکیل. "برآورد کارآمد مشاهده پذیرهای پاولی با تصادفی سازی". نامه های بررسی فیزیکی 127، 030503 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.127.030503

[29] جوتو هیگمن، دیوید پرز گارسیا، ایگناسیو سیراک و نوربرت شوخ. "پارامتر سفارش برای فازهای محافظت شده از تقارن در یک بعد". Physical Review Letters 109, 050402 (2012).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.109.050402

[30] H. Bombin. "مقدمه ای بر کدهای کوانتومی توپولوژیکی" (2013). arXiv:1311.0277.
arXiv: 1311.0277

[31] دی جی تولس. "تبادل در جامد 3He و هایزنبرگ همیلتونین". Proceedings of the Physical Society 86, 893 (1965).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0370-1328/​86/​5/​301

[32] الکساندر آلتلند و بن دی. سیمونز. "نظریه میدان ماده متراکم". انتشارات دانشگاه کمبریج. کمبریج (2010). ویرایش 2.
https://doi.org/​10.1017/​CBO9780511789984

[33] Debanjan Chowdhury، Suvrat Raju، Subir Sachdev، Ajay Singh و Philipp Strack. "همبستگان چند نقطه ای نظریه های میدان منسجم: پیامدهایی برای حمل و نقل بحرانی کوانتومی". بررسی فیزیکی B 87, 085138 (2013).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.87.085138

[34] I. Kukuljan، S. Sotiriadis و G. Takacs. "توابع همبستگی مدل کوانتومی سینوس گوردون در داخل و خارج از تعادل". فیزیک کشیش لِت 121, 110402 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.121.110402

[35] فابیان بی کوگلر، سونگ سوپ بی لی و یان فون دلفت. توابع همبستگی چند نقطه ای: نمایش طیفی و ارزیابی عددی. فیزیک Rev. X 11, 041006 (2021).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevX.11.041006

[36] هونگ-یه هو، سون وون چوی، و یی-ژوانگ یو. "توموگرافی سایه کلاسیک با دینامیک کوانتومی درهم محلی". تحقیقات مروری فیزیکی 5، 023027 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.5.023027

[37] یی-ژوانگ تو و یینگفی گو. "ویژگی های درهم تنیدگی دینامیک تصادفی همیلتونی". بررسی فیزیکی B 98, 014309 (2018).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.014309

[38] وی-تینگ کو، AA Akhtar، Daniel P. Arovas، و Yi-Zhuang You. "دینامیک درهم تنیدگی مارکوین تحت تکامل کوانتومی درهم" محلی. بررسی فیزیکی B 101, 224202 (2020).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevB.101.224202

[39] ماتئو ایپولیتی و ودیکا خامانی. "انتقالات یادگیری در دینامیک کوانتومی نظارت شده از طریق سایه های کلاسیک استراق سمع" (2023). arXiv:2307.15011.
arXiv: 2307.15011

[40] پیتر شور و ریموند لافلام. "آنالوگ کوانتومی هویت های مک ویلیامز برای نظریه کدگذاری کلاسیک". Physical Review Letters 78, 1600-1602 (1997).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.78.1600

[41] چون جون کائو، مایکل جی. گولانز، برد لاکی و زیتائو وانگ. "بسته گسترش لگو کوانتومی: شمارشگرها از شبکه های تنسور" (2023). arXiv:2308.05152.
arXiv: 2308.05152

[42] دانیل میلر، دانیل لاس، ایوانو تاورنلی، هرمان کامپرمن، داگمار بروس و نیکولای ویدرکا. "توزیع شور-لافلام حالت های نمودار و استحکام نویز درهم تنیدگی". مجله فیزیک الف: ریاضی و نظری 56, 335303 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ace8d4

[43] ایکو هامامورا و تاکاشی ایمامیچی. "ارزیابی کارآمد مشاهده پذیرهای کوانتومی با استفاده از اندازه گیری های درهم تنیده". npj Quantum Information 6، 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0284-2

[44] Ruho Kondo، Yuki Sato، Satoshi Koide، Seiji Kajita و Hideki Takamatsu. "انتظار کوانتومی کارآمد محاسباتی با اندازه‌گیری‌های زنگ بلند". Quantum 6, 688 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-04-13-688

[45] فرانسیسکو اسکودرو، دیوید فرناندز-فرناندز، گابریل ژائوما، گیرمو اف پناس و لوسیانو پریرا. "اندازه گیری های درهم تنیده سخت افزاری برای الگوریتم های کوانتومی متغیر". بررسی فیزیکی اعمال شده 20, 034044 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevApplied.20.034044

[46] ژانگ جیانگ، امیر کالف، وویچک مرچکیویچ و هارتموت نون. نگاشت بهینه فرمیون به کیوبیت از طریق درختان سه تایی با کاربردهایی برای کاهش یادگیری حالات کوانتومی. Quantum 4, 276 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-04-276

[47] روبن ورسن. "همه چیز یک مدل کوانتومی آیزینگ است" (2023). arXiv:2301.11917.
arXiv: 2301.11917

[48] چارلز هادفیلد "سایه های پائولی تطبیقی ​​برای برآورد انرژی" (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207

[49] استفان هیلمیچ، چارلز هادفیلد، رودی ریموند، آنتونیو مزاکاپو و رابرت ویل. "نمودارهای تصمیم گیری برای اندازه گیری های کوانتومی با مدارهای کم عمق". در کنفرانس بین المللی IEEE در سال 2021 در محاسبات و مهندسی کوانتومی (QCE). صفحات 24-34. (2021).
https://doi.org/​10.1109/​QCE52317.2021.00018

[50] تزو چینگ ین، آدیتیا گانشرام، و آرتور اف ایزمایلوف. بهبود قطعی اندازه‌گیری‌های کوانتومی با گروه‌بندی عملگرهای سازگار، تبدیل‌های غیرمحلی و تخمین‌های کوواریانس. npj اطلاعات کوانتومی 9، 1–7 (2023).
https://doi.org/​10.1038/​s41534-023-00683-y

[51] Bujiao Wu، Jinzhao Sun، Qi Huang و Xiao Yuan. اندازه‌گیری گروه‌بندی همپوشانی: چارچوبی یکپارچه برای اندازه‌گیری حالات کوانتومی. Quantum 7, 896 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-01-13-896

[52] مین سی تران، دنیل کی. مارک، ون وی هو و سون وون چوی. "اندازه گیری ویژگی های فیزیکی دلخواه در شبیه سازی کوانتومی آنالوگ". بررسی فیزیکی X 13, 011049 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevX.13.011049

[53] مکس مک گینلی و میشل فاوا. "توموگرافی سایه از طرح های حالت اضطراری در شبیه سازهای کوانتومی آنالوگ". Physical Review Letters 131, 160601 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.131.160601

[54] Joonhee Choi، Adam L. Shaw، Ivaylo S. Madjarov، Xin Xie، Ran Finkelstein، Jacob P. Covey، Jordan S. Cotler، Daniel K. Mark، و همکاران. "تهیه حالت های تصادفی و محک زدن با هرج و مرج کوانتومی چند بدنه". Nature 613, 468-473 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05442-1

[55] جردن اس. کاتلر، دانیل کی. مارک، هسین یوان هوانگ، فیلیپه هرناندز، جونهی چوی، آدام ال. شاو، مانوئل اندرس، و سون وون چوی. "طراحی‌های حالت کوانتومی نوظهور از توابع موجی چند بدنه فردی". PRX Quantum 4, 010311 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.4.010311

[56] ون وی هو و سون وون چوی. "طراحی های حالت کوانتومی اضطراری دقیق از دینامیک آشوبی کوانتومی". Physical Review Letters 128, 060601 (2022).
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.128.060601

[57] پیتر دبلیو کلیس و آستن لاماکرفت. "طراحی های حالت کوانتومی اضطراری و دو واحدی در دینامیک مدار دو واحدی". Quantum 6, 738 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-06-15-738

[58] ماتئو ایپولیتی و ون وی هو. «تصفیه دینامیکی و ظهور طرح‌های حالت کوانتومی از مجموعه پیش‌بینی‌شده». PRX Quantum 4, 030322 (2023).
https://doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.4.030322

[59] ماتئو ایپولیتی و ون وی هو. "مدل قابل حل حرارت عمیق با زمان های طراحی متمایز". Quantum 6, 886 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-12-29-886

[60] پیتر دبلیو کلیس. «جهان‌شمولی در عکس‌های فوری کوانتومی». Quantum Views 7، 71 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​qv-2023-01-27-71

ذکر شده توسط

[1] Benoît Vermersch، Marko Ljubotina، J. Ignacio Cirac، Peter Zoller، Maksym Serbyn، و Lorenzo Piroli، «آنتروپی‌های جسمی و درهم تنیدگی از اندازه‌گیری‌های محلی چندجمله‌ای-بسیار». arXiv: 2311.08108, (2023).

[2] متئو ایپولیتی و ودیکا خامانی، "انتقالات یادگیری در دینامیک کوانتومی نظارت شده از طریق سایه های کلاسیک استراق سمع"، arXiv: 2307.15011, (2023).

[3] Bujiao Wu و Dax Enshan Koh، "سایه های کلاسیک فرمیونی با خطا در دستگاه های کوانتومی پر سر و صدا"، arXiv: 2310.12726, (2023).

[4] دومینیک شافرانک و داریو روزا، "اندازه گیری انرژی با اندازه گیری هر چیز قابل مشاهده دیگری"، بررسی فیزیکی A 108 2, 022208 (2023).

[5] آرکوپال دات، ویلیام کربی، رودی ریموند، چارلز هادفیلد، سارا شلدون، آیزاک ال. چوانگ، و آنتونیو مززاکاپو، "معیارسازی عملی روش های اندازه گیری تصادفی برای همیلتونی های شیمی کوانتومی". arXiv: 2312.07497, (2023).

[6] Tianren Gu، Xiao Yuan، و Bujiao Wu، "طرح های اندازه گیری کارآمد برای سیستم های بوزونی"، علم و فناوری کوانتومی 8 4, 045008 (2023).

[7] Yuxuan Du، Yibo Yang، Tongliang Liu، Zhouchen Lin، Bernard Ghanem، و Dacheng Tao، "ShadowNet برای یادگیری سیستم کوانتومی داده محور"، arXiv: 2308.11290, (2023).

نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2024-03-23 10:25:55). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.

On سرویس استناد شده توسط Crossref هیچ داده ای در مورد استناد به آثار یافت نشد (آخرین تلاش 2024-03-23 10:25:53).

تمبر زمان:

بیشتر از مجله کوانتومی