पाउली-आधारित गणना का उपयोग करके क्वांटम सर्किट संकलन और हाइब्रिड गणना

पाउली-आधारित गणना का उपयोग करके क्वांटम सर्किट संकलन और हाइब्रिड गणना

समय टिकट: 3 अक्टूबर, 2023 10:58 पूर्वाह्न

फिलिपा सीआर पेरेस1,2 और अर्नेस्टो एफ गैल्वाओ1,3

1अंतर्राष्ट्रीय इबेरियन नैनोटेक्नोलॉजी प्रयोगशाला (आईएनएल), एवी। मेस्त्रे जोस वेइगा, 4715-330 ब्रागा, पुर्तगाल
2डिपार्टामेंटो डे फिसिका ई एस्ट्रोनोमिया, फैकुलडेड डे सिएन्सियास, यूनिवर्सिडेड डो पोर्टो, रुआ डो कैम्पो एलेग्रे एस/एन, 4169-007 पोर्टो, पुर्तगाल
3इंस्टीट्यूटो डी फिसिका, यूनिवर्सिडेड फेडरल फ्लुमिनेंस, एवेनिडा जनरल मिल्टन तवारेस डी सूजा एस/एन, नितेरोई, रियो डी जनेरियो 24210-340, ब्राजील

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सार

पाउली-आधारित गणना (पीबीसी) पाउली वेधशालाओं के अनुकूल रूप से चुने गए, गैर-विनाशकारी मापों के अनुक्रम द्वारा संचालित होती है। क्लिफोर्ड+$T$ गेट सेट के संदर्भ में लिखे गए और $t$ $T$ गेट वाले किसी भी क्वांटम सर्किट को $t$ क्वैबिट पर PBC में संकलित किया जा सकता है। यहां हम पीबीसी को अनुकूली क्वांटम सर्किट के रूप में लागू करने के व्यावहारिक तरीके प्रस्तावित करते हैं और आवश्यक शास्त्रीय साइड-प्रोसेसिंग करने के लिए कोड प्रदान करते हैं। हमारी योजनाएं क्वांटम गेट्स की संख्या को घटाकर $O(t^2)$ कर देती हैं (पिछले $O(t^3 / log t)$ स्केलिंग से) और स्पेस/टाइम ट्रेड-ऑफ पर चर्चा की जाती है जिससे कमी आती है $t$ अतिरिक्त सहायक क्वैबिट की कीमत पर, हमारी योजनाओं के भीतर $O(t log t)$ से $O(t)$ तक की गहराई। हम यादृच्छिक और छिपे हुए-शिफ्ट क्वांटम सर्किट के उदाहरणों को अनुकूली पीबीसी सर्किट में संकलित करते हैं। हम हाइब्रिड क्वांटम गणना का भी अनुकरण करते हैं, जहां एक शास्त्रीय कंप्यूटर $k$ में घातीय लागत पर एक छोटे क्वांटम कंप्यूटर की कार्यशील मेमोरी को $k$ वर्चुअल क्यूबिट द्वारा प्रभावी ढंग से बढ़ाता है। हमारे परिणाम सर्किट संकलन और हाइब्रिड गणना के लिए पीबीसी तकनीकों के व्यावहारिक लाभ को प्रदर्शित करते हैं।

पाउली-आधारित गणना प्लेटोब्लॉकचेन डेटा इंटेलिजेंस का उपयोग करके क्वांटम सर्किट संकलन और हाइब्रिड गणना। लंबवत खोज. ऐ.

विशेष रुप से प्रदर्शित छवि: पाउली-आधारित गणना (पीबीसी) में, गणना अधिकतम $t$ अनुकूली रूप से चुने गए, संगत और स्वतंत्र मल्टीक्यूबिट पाउली मापों के अनुक्रम द्वारा संचालित होती है, जो $t$ क्विबिट्स [शीर्ष] की इनपुट जादुई स्थिति पर निष्पादित होते हैं। .
इस तरह के पीबीसी को वापस (अनुकूली) क्वांटम सर्किट में अनुवादित किया जा सकता है, प्रत्येक पाउली माप को क्लिफोर्ड गेट्स के उचित अनुक्रम द्वारा निष्पादित किया जाता है, जिसके बाद एकल-क्विबिट माप [नीचे] किया जाता है। हम पीबीसी से क्वांटम सर्किट में इस अनुवाद को करने के लिए तीन अलग-अलग तरीकों का प्रस्ताव करते हैं; यह चित्र उनमें से केवल प्रथम को दर्शाता है।
सर्किट संकलन और हाइब्रिड गणना करने के लिए इन विचारों का पता लगाया जा सकता है।

[एम्बेडेड सामग्री]

लोकप्रिय सारांश

बड़े पैमाने के, दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटरों से उन कार्यों को हल करने की उम्मीद की जाती है जो उनके शास्त्रीय समकक्षों की पहुंच से बाहर हैं। इस आकर्षक संभावना ने क्वांटम सूचना और क्वांटम गणना के क्षेत्र में हाल के कई शोधों को प्रेरित किया है।
दुर्भाग्य से, वर्तमान उपकरण अभी भी अपनी क्षमताओं में कुछ हद तक सीमित हैं। इस प्रकार, स्मार्ट योजनाओं की आवश्यकता है जो हमें क्वांटम संसाधनों के लिए क्लासिकल व्यापार करने की अनुमति दें। अपने काम में, हम क्वांटम गणना के एक सार्वभौमिक मॉडल का पता लगाते हैं जिसे पाउली-आधारित गणना के रूप में जाना जाता है। हम दिखाते हैं कि इस मॉडल का उपयोग क्लिफोर्ड गेट्स पर हावी क्वांटम सर्किट को संकलित करने के लिए किया जा सकता है, जो कई मामलों में सहायक क्वांटम संसाधन बचत का प्रदर्शन करता है। हम हाइब्रिड क्वांटम-शास्त्रीय संगणना में दक्षता में लाभ का भी वर्णन करते हैं, जहां दो प्रकार के कंप्यूटर एक बड़े क्वांटम डिवाइस का अनुकरण करने के लिए एक साथ काम करते हैं। हमारा पेपर ओपन-एक्सेस पायथन कोड के साथ है जो उपयोगकर्ताओं को सामान्य क्लिफोर्ड+$T$ गेट सेट का उपयोग करके वर्णित मनमाने ढंग से उपयोगकर्ता-निर्दिष्ट सर्किट पर संकलन और हाइब्रिड गणना दोनों करने की अनुमति देता है।
हम उम्मीद करते हैं कि हमारा काम निकट और मध्यवर्ती अवधि के अनुप्रयोगों के लिए प्रासंगिक होगा, लेकिन लंबी अवधि में भी, क्योंकि दोष-सहिष्णु क्वांटम कंप्यूटिंग हासिल करने के बाद भी क्वांटम संसाधनों का अनुकूलन रुचि का होना चाहिए।

► BibTeX डेटा

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द्वारा उद्धृत

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