1भौतिकी विभाग और उन्नत क्वांटम कंप्यूटिंग केंद्र, तामकांग विश्वविद्यालय, 151 यिंगझुआन रोड, न्यू ताइपे शहर 25137, ताइवान, आरओसी
2भौतिकी प्रभाग, राष्ट्रीय सैद्धांतिक विज्ञान केंद्र, ताइपे 10617, ताइवान, आरओसी
3टोक्यो विश्वविद्यालय, हांगो 7-3-1, बंक्यो-कू, टोक्यो 113-0033, जापान
4सूचना विज्ञान अनुसंधान प्रभाग के सिद्धांत, राष्ट्रीय सूचना विज्ञान संस्थान, 2-1-2 हितोत्सुबाशी, चियोडा-कू, टोक्यो 101-8430, जापान
5सूचना विज्ञान विभाग, बहुविषयक विज्ञान स्कूल, सोकेंडाई (उन्नत अध्ययन के लिए स्नातक विश्वविद्यालय), 2-1-2 हितोत्सुबाशी, चियोडा-कू, टोक्यो 101-8430, जापान
6क्वांटिनम, टेरिंगटन हाउस, 13-15 हिल्स रोड, कैम्ब्रिज सीबी2 1एनएल, यूके
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सार
शोर वाले इंटरमीडिएट-स्केल क्वांटम कंप्यूटिंग में, एकल क्वांटम प्रोसेसिंग यूनिट (क्यूपीयू) की सीमित स्केलेबिलिटी को वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग (डीक्यूसी) के माध्यम से बढ़ाया जा सकता है, जिसमें उलझाव-सहायता वाले स्थानीय संचालन और शास्त्रीय संचार द्वारा दो क्यूपीयू पर वैश्विक संचालन लागू किया जा सकता है। . प्रयोगों में इस प्रकार के DQC को सुविधाजनक बनाने के लिए, हमें एक उलझाव-कुशल प्रोटोकॉल की आवश्यकता है। इस प्रयोजन के लिए, हम प्रोटोकॉल को [ईसर्ट एट में विस्तारित करते हैं। अल., पीआरए, 62:052317(2000)] प्रत्येक गैर-स्थानीय नियंत्रित-एकात्मक गेट को स्थानीय रूप से एक अधिकतम उलझी हुई जोड़ी के साथ एक पैकिंग प्रोटोकॉल में लागू करना, जो एक अधिकतम उलझी हुई जोड़ी का उपयोग करके स्थानीय रूप से कई गैर-स्थानीय नियंत्रित-एकात्मक गेटों को पैक कर सकता है। विशेष रूप से, दो प्रकार की पैकिंग प्रक्रियाओं को बिल्डिंग ब्लॉक्स के रूप में पेश किया जाता है, अर्थात् वितरण प्रक्रियाएं और एम्बेडिंग प्रक्रियाएं। प्रत्येक वितरण प्रक्रिया एक उलझी हुई जोड़ी के साथ संबंधित गेटों को स्थानीय रूप से वितरित करती है। फिर उलझाव की दक्षता को एम्बेडिंग प्रक्रियाओं द्वारा बढ़ाया जाता है, जो दो गैर-अनुक्रमिक वितरण प्रक्रियाओं को मिला देती है और इसलिए उलझाव की लागत को बचाती है। हम दिखाते हैं कि क्वांटम सर्किट की वितरणशीलता और एम्बेडेबिलिटी की संरचना को संबंधित पैकिंग ग्राफ़ और संघर्ष ग्राफ़ द्वारा पूरी तरह से दर्शाया जा सकता है। इन ग्राफ़ों के आधार पर, हम दो पक्षों द्वारा कार्यान्वित किए जाने वाले किसी दिए गए क्वांटम सर्किट के लिए वितरण प्रक्रियाओं की उलझाव-कुशल पैकिंग खोजने के लिए अनुमानी एल्गोरिदम प्राप्त करते हैं। ये एल्गोरिदम DQC में स्थानीय सहायक क्वैबिट की आवश्यक संख्या निर्धारित कर सकते हैं। हम इन एल्गोरिदम को एकात्मक युग्मित-क्लस्टर सर्किट के द्विदलीय डीक्यूसी के लिए लागू करते हैं और एम्बेडिंग के माध्यम से उलझाव लागत में महत्वपूर्ण कमी पाते हैं। यह विधि क्वांटम सर्किट के डीक्यूसी के लिए उलझाव लागत पर एक रचनात्मक ऊपरी सीमा निर्धारित कर सकती है।
लोकप्रिय सारांश
हमारे पेपर में, वितरण योग्य ब्लॉकों के एक सेट में क्वांटम सर्किट के अपघटन के आधार पर द्विदलीय वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक उलझाव-कुशल वास्तुकला स्थापित की गई है। प्रत्येक ब्लॉक में, स्थानीय संचालन और शास्त्रीय संचार के साथ गैर-स्थानीय गेटों को वितरित करने के लिए एक अधिकतम-उलझी हुई स्थिति का उपभोग किया जाता है। पिछले प्रोटोकॉल में, एक वितरण प्रक्रिया सिंगल क्वबिट गेट्स के साथ समाप्त होती है। उलझाव दक्षता में सुधार करने के लिए, हम दो गैर-अनुक्रमिक वितरण प्रक्रियाओं को एक में विलय करने के लिए एम्बेडिंग प्रक्रियाएं शुरू करते हैं, जिससे आवश्यक उलझाव की मात्रा की बचत होती है। क्वांटम सर्किट की ऐसी एम्बेडिंग-एन्हांस्ड-डिस्ट्रीब्यूशन संरचना को गेट नोड्स का प्रतिनिधित्व करने वाले शीर्षों से बने पैकिंग ग्राफ द्वारा पूरी तरह से वर्णित किया जा सकता है जिन्हें एक साथ विलय किया जा सकता है।
पैकिंग ग्राफ़ के शीर्ष वितरण प्रक्रियाओं के लिए उम्मीदवार हैं। हालाँकि, दो एम्बेडिंग के बीच टकराव हो सकता है जो हमें उन्हें एक साथ लागू करने से रोकता है। हमें विरोधों को हल करने के लिए कुछ एम्बेडिंग को हटाना होगा, जिससे पैकिंग ग्राफ़ में शीर्षों का विभाजन हो जाता है। इस तरह के संघर्ष को एक संघर्ष ग्राफ द्वारा पूरी तरह से वर्णित किया जा सकता है।
किसी सर्किट का पैकिंग ग्राफ और संघर्ष ग्राफ पूरी तरह से इसकी वितरण क्षमता, एम्बेडेबिलिटी और असंगति का वर्णन करता है। सर्किट को वितरित करने का सबसे अच्छा तरीका निर्धारित करने के लिए, हम एक पैकिंग एल्गोरिदम विकसित करते हैं जो पैकिंग ग्राफ के न्यूनतम शीर्ष कवरिंग और इसके संबंधित संघर्ष ग्राफ दोनों को ध्यान में रखता है ताकि एक वितरण रणनीति ढूंढी जा सके जो उलझाव-कुशल और संघर्ष-मुक्त दोनों हो।
कुल मिलाकर, हमारे प्रोटोकॉल को "एम्बेडिंग-एन्हांस्ड-डिस्ट्रीब्यूटिंग" प्रोटोकॉल के रूप में संक्षेपित किया जा सकता है, जो दो प्रकार के उलझाव-सहायता वाले क्वांटम ऑपरेशन पर आधारित है, अर्थात् वितरण प्रक्रियाओं और एम्बेडिंग प्रक्रियाओं पर। पिछले प्रोटोकॉल की तुलना में, यह वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक उलझाव की मात्रा को काफी कम कर देता है, जिससे यह वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों के लिए अधिक व्यावहारिक हो जाता है। इसे स्थानीय संचालन और शास्त्रीय संचार में विघटित एकात्मक के लिए उलझाव लागत पर एक सख्त रचनात्मक ऊपरी सीमा निर्धारित करने के लिए नियोजित किया जा सकता है। प्रोटोकॉल को बहुपक्षीय प्रणालियों तक बढ़ाया जा सकता है और क्वांटम इंटरनेट पर वितरित क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए नेटवर्क टोपोलॉजी में अनुकूलित किया जा सकता है। इसलिए "एम्बेडिंग-एन्हांस्ड-डिस्ट्रीब्यूटिंग" प्रोटोकॉल क्यूपीयू के क्वांटम नेटवर्क में बड़े पैमाने पर क्वांटम कंप्यूटिंग की सुविधा प्रदान कर सकता है।
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द्वारा उद्धृत
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