Compilation de circuits quantiques et calcul hybride utilisant le calcul basé sur Pauli

Compilation de circuits quantiques et calcul hybride utilisant le calcul basé sur Pauli

Filipa CR Peres1,2 et les Ernesto F. Galvão1,3

1Laboratoire International Ibérique de Nanotechnologie (INL), Av. Mestre José Veiga, 4715-330 Braga, Portugal
2Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, rua do Campo Alegre s/n, 4169-007 Porto, Portugal
3Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Avenue General Milton Tavares de Souza s/n, Niterói, Rio de Janeiro 24210-340, Brésil

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Abstract

Le calcul basé sur Pauli (PBC) est piloté par une séquence de mesures non destructives et choisies de manière adaptative des observables de Pauli. Tout circuit quantique écrit en termes de l'ensemble de portes Clifford+$T$ et ayant des portes $t$ $T$ peut être compilé dans un PBC sur $t$ qubits. Nous proposons ici des moyens pratiques de mettre en œuvre la PBC en tant que circuits quantiques adaptatifs et fournissons du code pour effectuer le traitement secondaire classique requis. Nos schémas réduisent le nombre de portes quantiques à $O(t^2)$ (à partir d'une précédente mise à l'échelle $O(t^3 / log t)$) et les compromis espace/temps sont discutés, ce qui conduit à une réduction du profondeur de $O(t log t)$ à $O(t)$ au sein de nos schémas, au prix de $t$ qubits auxiliaires supplémentaires. Nous compilons des exemples de circuits quantiques à décalage aléatoire et caché en circuits PBC adaptatifs. Nous simulons également le calcul quantique hybride, où un ordinateur classique étend effectivement la mémoire de travail d'un petit ordinateur quantique de k$ qubits virtuels, à un coût exponentiel en k$. Nos résultats démontrent l'avantage pratique des techniques PBC pour la compilation de circuits et le calcul hybride.

[Contenu intégré]

Les ordinateurs quantiques à grande échelle et tolérants aux pannes devraient résoudre des tâches hors de portée de leurs homologues classiques. Cette perspective séduisante a donné naissance à de nombreuses recherches récentes dans les domaines de l’information quantique et du calcul quantique.
Malheureusement, les appareils actuels sont encore quelque peu limités dans leurs capacités. Il faut donc des systèmes intelligents qui nous permettent d’échanger des ressources classiques contre des ressources quantiques. Dans notre travail, nous explorons un modèle universel de calcul quantique connu sous le nom de calcul basé sur Pauli. Nous montrons que ce modèle peut être utilisé pour compiler des circuits quantiques dominés par des portes de Clifford, démontrant ainsi des économies de ressources quantiques utiles dans de nombreux cas. Nous décrivons également les gains d’efficacité dans le calcul hybride quantique-classique, où les deux types d’ordinateurs travaillent ensemble pour simuler un dispositif quantique plus grand. Notre article est accompagné d'un code Python en libre accès qui permet aux utilisateurs d'effectuer à la fois une compilation et des calculs hybrides sur des circuits arbitraires spécifiés par l'utilisateur et décrits à l'aide de l'ensemble de portes commun Clifford+$T$.
Nous espérons que nos travaux seront pertinents pour les applications à court et moyen termes, mais également à long terme, car l'optimisation des ressources quantiques devrait présenter un intérêt même après la réalisation de l'informatique quantique tolérante aux pannes.

► Données BibTeX

► Références

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Cité par

[1] Michael Zurel, Lawrence Z. Cohen et Robert Raussendorf, « Simulation du calcul quantique avec des états magiques via les transformations de Jordan-Wigner », arXiv: 2307.16034, (2023).

[2] Qiuhao Chen, Yuxuan Du, Qi Zhao, Yuling Jiao, Xiliang Lu et Xingyao Wu, « Compilateur quantique efficace et pratique vers des systèmes multi-qubits avec apprentissage par renforcement profond », arXiv: 2204.06904, (2022).

[3] Filipa CR Peres, « Modèle de calcul quantique basé sur Pauli avec des systèmes de dimension supérieure », Examen physique A 108 3, 032606 (2023).

[4] Michael Zurel, Cihan Okay et Robert Raussendorf, « Simulation du calcul quantique avec des états magiques : combien de « bits » pour « ça » ? arXiv: 2305.17287, (2023).

[5] Mark Koch, Richie Yeung et Quanlong Wang, « Contraction rapide des diagrammes ZX avec des triangles via des décompositions de stabilisateurs », arXiv: 2307.01803, (2023).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2023-10-04 03:09:33). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

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