Abstraqt: Kvanttipiirien analyysi abstraktin stabilisaattorisimuloinnin avulla

Abstraqt: Kvanttipiirien analyysi abstraktin stabilisaattorisimuloinnin avulla

Aikaleima: 20. marraskuuta 2023 10

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader ja Martin Vechev

ETH Zürich, Sveitsi

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

Stabilisaattorisimulaatiolla voidaan tehokkaasti simuloida tärkeätä kvanttipiirejä, jotka koostuvat yksinomaan Clifford-porteista. Kuitenkin kaikki tämän simulaation nykyiset laajennukset mielivaltaisiin kvanttipiireihin, mukaan lukien ei-Clifford-portit, kärsivät eksponentiaalisesta ajonajasta.
Tämän haasteen ratkaisemiseksi esittelemme uuden lähestymistavan tehokkaaseen stabilaattorisimulaatioon mielivaltaisissa kvanttipiireissä menetetyn tarkkuuden kustannuksella. Avainideamme on pakata kvanttitilan eksponentiaalinen summaesitys yhdeksi $abstract$ summaksi, joka kattaa (ainakin) kaikki esiintyvät summat. Tämän ansiosta voimme ottaa käyttöön $textit{abstract stabiliser simulator}$, joka käsittelee tehokkaasti abstrakteja summadimia $yliarvioimalla$ piiritoimintojen vaikutusta, mukaan lukien Clifford-portit, ei-Clifford-portit ja (sisäiset) mittaukset.
Toteutimme abstraktin simulaattorimme Abstraqt-nimisessä työkalussa ja osoitimme kokeellisesti, että Abstraqt voi luoda piirin ominaisuuksia, joita ei voida käsitellä olemassa oleville tekniikoille.

Abstraqt: Kvanttipiirien analyysi abstraktin stabilisaattorisimuloinnin avulla PlatoBlockchain Data Intelligence. Pystysuuntainen haku. Ai.

Suositeltu kuva: Abstraqt pakkaa kvanttitilan eksponentiaalisen summaesityksen yhdeksi abstraktiksi summaksi.

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

[1] Daniel Gottesman. "Kvanttitietokoneiden Heisenberg-esitys". Tekninen raportti arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: kvant-ph / 9807006

[2] Scott Aaronson ja Daniel Gottesman. "Parannettu stabilointipiirien simulointi". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal ja Brad Lackey. "Gottesman-tyyppien laajentaminen Clifford-ryhmän ulkopuolelle". Toisessa kansainvälisessä työpajassa kvanttilaskennan ohjelmointikielistä (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. "Kvanttipiirien simulointi ZX-laskemalla vähensi stabilisaattorin hajoamista". 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. "Kvanttipiirien simulointi matalaluokkaisilla stabilointihajoamisilla". 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. "Kvanttipiirien tulostodennäköisyyksien nopea estimointi". PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] "Kvanttipiirien klassinen simulointi osittaisilla ja graafisilla stabilaattorihajotelmilla". Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot ja Radhia Cousot. "Abstrakti tulkinta: yhtenäinen hilamalli ohjelmien staattiseen analyysiin konstruoinnin tai kiinnityspisteiden lähentämisen avulla". Proceedings of the 4th ACM SIGACT-SIGPLAN Symposium on Principles of Programming Languages. Sivut 238-252. POPL '77 New York, NY, USA (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +512950.512973

[9] Patrick Cousot ja Radhia Cousot. "Abstraktit tulkintakehykset". 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. "Staattinen analysaattori suurille turvallisuuskriittisille ohjelmistoille". ACM SIGPLAN Notices 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / +780822.781153

[11] Francesco Logozzo ja Manuel Fähndrich. "Pentagons: Heikosti relaatiollinen abstrakti toimialue taulukkokäyttöjen tehokkaaseen validointiin". 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: Neuraaliverkkojen turvallisuus- ja kestävyyssertifiointi abstraktilla tulkinnalla". Vuonna 2018 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP). Sivut 3-18. San Francisco, CA (2018). IEEE.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen ja Isaac L. Chuang. "Kvanttilaskenta ja kvanttitiedot: 10-vuotisjuhlapainos". 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, Desi-Leree , Christophe Vuillot, Jonathan A. Wildstrom, Jessica Wilson, Erick Winston, Christopher Wood, Stephen Wood, Stefan Wörner, Ismail Yunus Akhalwaya ja Christa Zoufal. "Qiskit: avoimen lähdekoodin kehys kvanttilaskentaan" (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. "Matriisiohjelmointi NumPyn avulla". 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-pohjainen Python JIT -kääntäjä". Proceedings of the Second Workshop on LLVM Compiler Infrastructure in HPC. Sivut 1-6. LLVM ’15 New York, NY, USA (2015). Tietotekniikan liitto.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +2833157.2833162

[17] Craig Gidney. "Stim: nopea stabilointipiirin simulaattori". Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. "Hakkerin ilo". Addison-Wesley ammattilainen. (2012). 2. painos.
https: / / doi.org/ 10.5555 / +2462741

[19] Aleks Kissinger ja John van de Wetering. "PyZX: Large Scale Automated Diagrammatic Reasoning". Toimittajat Bob Coecke ja Matthew Leifer, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, USA, 10.–14. Volume 2019 of Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, sivut 318–229. Open Publishing Association (241).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Matthew Amy. "Kohti universaalien kvanttipiirien laajamittaista toiminnallista todentamista". Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu ja Jens Palsberg. "Kvanttiabstrakti tulkinta". Proceedings of the 42nd ACM SIGPLAN International Conference on Programming Language Design and Implementation. Sivut 542-558. PLDI 2021 New York, NY, USA (2021). Tietotekniikan liitto.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3453483.3454061

[22] Antoine Miné. "Heikosti relaatiolliset numeeriset abstraktit verkkotunnukset". Väitöskirja (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. "Abstraktiin tulkintaan perustuva kvanttikietoutumisanalyysi". Proceedings of the 15th International Symposium on Static Analysis. Sivut 270-282. SAS '08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. "Kvanttikietouden analyysi kvanttiohjelmissa stabilointiformalismin avulla". 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. "Kvanttiohjelmien oikeellisuuden todistaminen". 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. "Automaattinen deduktiivinen varmennuskehys piirien rakentamisen kvanttiohjelmille". Kohdassa Ohjelmointikielet ja -järjestelmät. Sivut 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. "Kvanttiohjelmien invariantit: karakterisoinnit ja sukupolvi". SIGPLAN Ei. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3093333.3009840

Viitattu

Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2023-11-20 15:19:03: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2023-11-20-1185 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin. Päällä SAO: n ja NASA: n mainokset tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2023-11-20 15:19:04).

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Quantum Journal