Résumé : Analyse des circuits quantiques via la simulation abstraite de stabilisateurs

Résumé : Analyse des circuits quantiques via la simulation abstraite de stabilisateurs

Horodatage: 20 novembre 2023, 10 h 17

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader et Martin Vechev

ETH Zurich, Suisse

Vous trouvez cet article intéressant ou souhaitez en discuter? Scite ou laisse un commentaire sur SciRate.

Abstract

La simulation de stabilisateur peut simuler efficacement une classe importante de circuits quantiques constitués exclusivement de portes de Clifford. Cependant, toutes les extensions existantes de cette simulation à des circuits quantiques arbitraires, y compris des portes non Clifford, souffrent d'un temps d'exécution exponentiel.
Pour relever ce défi, nous présentons une nouvelle approche pour une simulation efficace de stabilisateur sur des circuits quantiques arbitraires, au prix d'une perte de précision. Notre idée clé est de compresser une représentation par somme exponentielle de l'état quantique en une seule somme $abstraite couvrant (au moins) toutes les sommes qui se produisent. Cela nous permet d'introduire un $textit{simulateur de stabilisateur abstrait}$ qui manipule efficacement les sommes abstraites en $sur-approximant$ l'effet des opérations de circuit, y compris les portes de Clifford, les portes non Clifford et les mesures (internes).
Nous avons implémenté notre simulateur abstrait dans un outil appelé Abstraqt et démontrons expérimentalement qu'Abstraqt peut établir des propriétés de circuit intraitables pour les techniques existantes.

Résumé : Analyse des circuits quantiques via la simulation abstraite de stabilisateur PlatoBlockchain Data Intelligence. Recherche verticale. Aï.

Image présentée : Abstraqt compresse une représentation par somme exponentielle de l'état quantique en une seule somme abstraite.

► Données BibTeX

► Références

Daniel Gottesmann. "La représentation Heisenberg des ordinateurs quantiques". Rapport technique arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: quant-ph / 9807006

Scott Aaronson et Daniel Gottesman. « Simulation améliorée des circuits de stabilisation ». Examen physique A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal et Brad Lackey. "Élargir les types de gottesman au-delà du groupe clifford". Dans le deuxième atelier international sur les langages de programmation pour l'informatique quantique (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

Aleks Kissinger et John van de Wetering. "La simulation de circuits quantiques avec les décompositions de stabilisateurs réduites par calcul ZX". Science et technologie quantiques 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset et Mark Howard. "Simulation de circuits quantiques par décompositions de stabilisateurs de bas rang". Quantique 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa et Stephen D. Bartlett. "Estimation rapide des probabilités de résultats pour les circuits quantiques". PRX Quantique 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

"Simulation classique de circuits quantiques avec décompositions partielles et graphiques des stabilisateurs". Château Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

Patrick Cousot et Radhia Cousot. "Interprétation abstraite : un modèle de treillis unifié pour l'analyse statique de programmes par construction ou approximation de points fixes". Dans les actes du 4e symposium ACM SIGACT-SIGPLAN sur les principes des langages de programmation. Pages 238 à 252. POPL '77New York, NY, États-Unis (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

Patrick Cousot et Radhia Cousot. «Cadres d'interprétation abstraite». Journal de logique et de calcul 2, 511-547 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

Bruno Blanchet, Patrick Cousot, Radhia Cousot, Jérome Feret, Laurent Mauborgne, Antoine Miné, David Monniaux et Xavier Rival. "Un analyseur statique pour les grands logiciels critiques pour la sécurité". Avis ACM SIGPLAN 38, 196-207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

Francesco Logozzo et Manuel Fähndrich. « Pentagones : Un domaine abstrait faiblement relationnel pour la validation efficace des accès aux tableaux ». Science de la programmation informatique 75, 796-807 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.scico.2009.04.004

Timon Gehr, Matthew Mirman, Dana Drachsler-Cohen, Petar Tsankov, Swarat Chaudhuri et Martin Vechev. « AI2 : Certification de sécurité et de robustesse des réseaux de neurones avec interprétation abstraite ». En 2018, Symposium IEEE sur la sécurité et la confidentialité (SP). Pages 3 à 18. San Francisco, Californie (2018). IEEE.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SP.2018.00058

Michael A. Nielsen et Isaac L. Chuang. "Calcul quantique et information quantique: édition du 10e anniversaire". La presse de l'Universite de Cambridge. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

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, Ali Javadi-Abhari, Naoki Kanazawa, 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 Nannicini, Paul Nation , 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, Chris Schnabel, Eddie 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 Turner, Desiree Vogt-Lee , Christophe Vuillot, Jonathan A. Wildstrom, Jessica Wilson, Erick Winston, Christopher Wood, Stephen Wood, Stefan Wörner, Ismail Yunus Akhalwaya et Christa Zoufal. « Qiskit : Un framework open source pour l'informatique quantique » (2019).

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 et Travis E. Oliphant. "Programmation de tableaux avec NumPy". Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou et Stanley Seibert. "Numba : un compilateur Python JIT basé sur LLVM". Dans Actes du deuxième atelier sur l'infrastructure du compilateur LLVM dans HPC. Pages 1 à 6. LLVM '15New York, NY, États-Unis (2015). Association pour les machines informatiques.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

Craig Gidney. « Stim : un simulateur de circuit stabilisateur rapide ». Quantique 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

Henry S.Warren. « Le plaisir du hacker ». Addison-Wesley Professionnel. (2012). 2e édition.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

Aleks Kissinger et John van de Wetering. "PyZX : raisonnement schématique automatisé à grande échelle". Dans Bob Coecke et Matthew Leifer, éditeurs, Actes de la 16e Conférence internationale sur la physique et la logique quantiques, Chapman University, Orange, Californie, États-Unis, 10-14 juin 2019. Volume 318 de Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, pages 229-241. Association d'édition ouverte (2020).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

Matthieu Amy. «Vers une vérification fonctionnelle à grande échelle des circuits quantiques universels». Actes électroniques en informatique théorique 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

Nengkun Yu et Jens Palsberg. "Interprétation abstraite quantique". Dans les actes de la 42e conférence internationale ACM SIGPLAN sur la conception et la mise en œuvre des langages de programmation. Pages 542 à 558. PLDI 2021New York, NY, États-Unis (2021). Association pour les machines informatiques.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

Antoine Mine. « Domaines abstraits numériques faiblement relationnels ». Thèse de doctorat (2004). url : https://​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​ces/​ces-color.pdf

Simon Perdrix. "Analyse de l'intrication quantique basée sur l'interprétation abstraite". Dans les actes du 15e Symposium international sur l'analyse statique. Pages 270 à 282. SAS '08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

Kentaro Honda. "Analyse de l'intrication quantique dans les programmes quantiques utilisant le formalisme stabilisateur". Actes électroniques en informatique théorique 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li et Michael Hicks. « Prouver que les programmes quantiques sont corrects ». Actes internationaux de Leibniz en informatique (LIPIcs) 193, 21 : 1–21 : 19 (2021).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ITP.2021.21

Christophe Chareton, Sébastien Bardin, François Bobot, Valentin Perrelle et Benoît Valiron. "Un cadre de vérification déductive automatisée pour les programmes quantiques de construction de circuits". Dans Langages et systèmes de programmation. Pages 148 à 177. Éditions Springer International (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

Mingsheng Ying, Shenggang Ying et Xiaodi Wu. « Invariants des programmes quantiques : Caractérisations et génération ». SIGPLAN Non. 52, 818-832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Cité par

Impossible de récupérer Données de référence croisée lors de la dernière tentative 2023-11-20 15:19:03: Impossible de récupérer les données citées par 10.22331 / q-2023-11-20-1185 de Crossref. C'est normal si le DOI a été enregistré récemment. Sur SAO / NASA ADS aucune donnée sur la citation des œuvres n'a été trouvée (dernière tentative 2023-11-20 15:19:04).

Cet article est publié dans Quantum sous le Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) Licence. Le droit d'auteur reste la propriété des détenteurs d'origine tels que les auteurs ou leurs institutions.

Horodatage:

Plus de Journal quantique