Classical Shadows Based On Locally-entangled Measurements

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Matteo Ippoliti

Fizikai Tanszék, Texasi Egyetem, Austin, Austin, TX 78712, USA
Fizikai Tanszék, Stanford Egyetem, Stanford, CA 94305, USA

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

Véletlenszerű méréseken alapuló klasszikus árnyékprotokollokat tanulmányozunk $n$-qubit összefonódott bázisokon, általánosítva a véletlenszerű Pauli mérési protokollt ($n = 1$). Megmutatjuk, hogy az összefonódott mérések ($ngeq 2$) nem triviális és potenciálisan előnyös kompromisszumokat tesznek lehetővé a Pauli-várakozási értékek tanulásának mintakomplexitásában. Ezt élesen szemléltetik a két qubites Bell méréseken alapuló árnyékok: a minta összetettségének skálázása Pauli-súllyal $k$ négyzetesen javul ($sim 3^k$-ról $sim 3^{k/2}$-ra) sokaknál. operátorok, míg mások megtanulása lehetetlenné válik. Az összefonódás mértékének hangolása a mérési alapokban olyan protokollcsaládot határoz meg, amely interpolál a Pauli és a Bell árnyékok között, megőrizve mindkettő előnyeit. Nagy $n$ esetén megmutatjuk, hogy a véletlenszerű mérések $n$-qubit GHZ bázisokban tovább javítják a legjobb skálázást $sim (3/2)^k$-ra, bár az operátorok egyre szűkebb készletén. Az egyszerűségük és az alacsonyabb hardverigényük ellenére ezek a protokollok megfelelnek vagy felülmúlják a nemrégiben bevezetett „sekély árnyékokat” néhány, gyakorlatilag releváns Pauli-becslési feladatban.

Classical shadows based on locally-entangled measurements PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Kiemelt kép: Balra: egy áramkör, amely helyileg összefonódott méréseket valósít meg. Jobbra: egy qubit tömb particionálása összefonódott párokba, ami megkönnyíti egyes operátorok (zöld) elvárásértékének megtanulását, míg mások (piros) nem.

► BibTeX adatok

@article{Ippoliti2024classicalshadows, doi = {10.22331/q-2024-03-21-1293}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-03-21-1293}, title = {Klasszikus árnyékok lokálisan összefonódott mérések alapján}, szerző = {Ippoliti, Matteo}, folyóirat = {{Kvantum}}, issn = {2521-327X}, kiadó = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, hangerő = {8}, oldalak = {1293}, hónap = márc, év = {2024} }

► Referenciák

[1] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng és John Preskill. „A kvantumrendszer számos tulajdonságának előrejelzése nagyon kevés mérésből”. Nature Physics 16, 1050–1057 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41567-020-0932-7

[2] Andreas Elben, Steven T. Flammia, Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng, John Preskill, Benoit Vermersch és Peter Zoller. „A véletlenszerű mérési eszköztár”. Nature Reviews Physics 5, 9–24 (2023).
https://doi.org/10.1038/s42254-022-00535-2

[3] Charles Hadfield, Sergey Bravyi, Rudy Raymond és Antonio Mezzacapo. „Measurements of Quantum Hamiltonians with Locally-Biased Classical Shadows” (2020). arXiv:2006.15788.
arXiv: 2006.15788

[4] Senrui Chen, Wenjun Yu, Pei Zeng és Steven T. Flammia. „Robust Shadow Estimation”. PRX Quantum 2, 030348 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030348

[5] Atithi Acharya, Siddhartha Saha és Anirvan M. Sengupta. „Árnyéktomográfia, amely információsan teljes, pozitív, operátor által értékelt mérésen alapul”. Physical Review A 104, 052418 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.104.052418

[6] GI Struchalin, Ya. A. Zagorovskii, EV Kovlakov, SS Straupe és SP Kulik. „Kvantumállapot-tulajdonságok kísérleti becslése klasszikus árnyékokból”. PRX Quantum 2, 010307 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010307

[7] Ryan Levy, Di Luo és Bryan K. Clark. „Klasszikus árnyékok kvantumfolyamat-tomográfiához rövid távú kvantumszámítógépeken”. Physical Review Research 6, 013029 (2024).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.013029

[8] Jonathan Kunjummen, Minh C. Tran, Daniel Carney és Jacob M. Taylor. „Kvantumcsatornák árnyékfolyamat-tomográfiája”. Physical Review A 107, 042403 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.107.042403

[9] Hsin-Yuan Huang. „A kvantumállapotok megtanulása klasszikus árnyékaikból”. Nature Reviews Physics 4, 81–81 (2022).
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00411-5

[10] Kianna Wan, William J. Huggins, Joonho Lee és Ryan Babbush. „Matchgate Shadows for Fermionic Quantum Simulation”. Communications in Mathematical Physics 404, 629–700 (2023).
https://doi.org/10.1007/s00220-023-04844-0

[11] Kaifeng Bu, Dax Enshan Koh, Roy J. Garcia és Arthur Jaffe. „Klasszikus árnyékok Pauli-invariáns unitárius együttesekkel”. npj Quantum Information 10, 1–7 (2024).
https:///doi.org/10.1038/s41534-023-00801-w

[12] H. Chau Nguyen, Jan Lennart Bonsel, Jonathan Steinberg és Otfried Guhne. „Árnyéktomográfia optimalizálása általánosított mérésekkel”. Physical Review Letters 129, 220502 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.220502

[13] Dax Enshan Koh és Sabee Grewal. „Klasszikus árnyékok zajjal”. Quantum 6, 776 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-08-16-776

[14] Daniel Grier, Hakop Pashayan és Luke Schaeffer. „Minta-optimális klasszikus árnyékok tiszta állapotokhoz” (2022). arXiv:2211.11810.
arXiv: 2211.11810

[15] Simon Becker, Nilanjana Datta, Ludovico Lami és Cambyse Rouze. „Klasszikus árnyéktomográfia folytonos változós kvantumrendszerekhez” (2022). arXiv:2211.07578.
arXiv: 2211.07578

[16] Alireza Seif, Ze-Pei Cian, Sisi Zhou, Senrui Chen és Liang Jiang. „Árnyékdesztilláció: kvantumhiba-csökkentés klasszikus árnyékokkal a közeli kvantumprocesszorokhoz”. PRX Quantum 4, 010303 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.4.010303

[17] Katherine Van Kirk, Jordan Cotler, Hsin-Yuan Huang és Mikhail D. Lukin. „Hardver-hatékony tanulás a kvantum sok test állapotairól” (2022). arXiv:2212.06084.
arXiv: 2212.06084

[18] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswa, Sergio Boixo és mások. „Kvantumfölény programozható szupravezető processzorral”. Nature 574, 505–510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5

[19] Ehud Altman, Kenneth R. Brown, Giuseppe Carleo, Lincoln D. Carr, Eugene Demler, Cheng Chin, Brian DeMarco, Sophia E. Economou és mások. „Kvantumszimulátorok: architektúrák és lehetőségek”. PRX Quantum 2, 017003 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.017003

[20] Sepehr Ebadi, Tout T. Wang, Harry Levine, Alexander Keesling, Giulia Semeghini, Ahmed Omran, Dolev Bluvstein, Rhine Samajdar és mások. „Az anyag kvantumfázisai 256 atomos programozható kvantumszimulátoron”. Nature 595, 227–232 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41586-021-03582-4

[21] Xiao Mi, Pedram Roushan, Chris Quintana, Salvatore Mandra, Jeffrey Marshall, Charles Neill, Frank Arute, Kunal Arya és mások. „Információs kódolás kvantumáramkörökben”. Science 374, 1479–1483 (2021).
https:///doi.org/10.1126/science.abg5029

[22] Tiff Brydges, Andreas Elben, Petar Jurcevic, Benoit Vermersch, Christine Maier, Ben P. Lanyon, Peter Zoller, Rainer Blatt és mások. „A Renyi-összefonódás entrópia vizsgálata véletlenszerű mérésekkel”. Science 364, 260–263 (2019).
https:///doi.org/10.1126/science.aau4963

[23] A. Elben, B. Vermersch, CF Roos és P. Zoller. „Statisztikai korrelációk a lokálisan randomizált mérések között: Eszköztár a soktest kvantumállapotokban való összefonódás vizsgálatához”. Phys. Rev. A 99, 052323 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.99.052323

[24] Ahmed A. Akhtar, Hong-Ye Hu és Yi-Zhuang You. „Skálázható és rugalmas klasszikus árnyéktomográfia tenzor hálózatokkal”. Quantum 7, 1026 (2023).
https://doi.org/10.22331/q-2023-06-01-1026

[25] Christian Bertoni, Jonas Haferkamp, Marcel Hinsche, Marios Ioannou, Jens Eisert és Hakop Pashayan. „Sekély árnyékok: Várakozásbecslés alacsony mélységű véletlenszerű Clifford-áramkörök segítségével” (2022). arXiv:2209.12924.
arXiv: 2209.12924

[26] Mirko Arienzo, Markus Heinrich, Ingo Roth és Martin Kliesch. „Zárt formájú analitikus kifejezések árnyékbecsléshez téglafalazati áramkörökkel”. Quantum Information and Computation 23, 961 (2023).
https:///doi.org/10.26421/QIC23.11-12-5

[27] Matteo Ippoliti, Yaodong Li, Rakovszky Tibor és Vedika Khemani. „A kezelő relaxációja és a klasszikus árnyékok optimális mélysége”. Physical Review Letters 130, 230403 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.230403

[28] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng és John Preskill. „Efficient Estimate of Pauli Observables by Derandomization”. Physical Review Letters 127, 030503 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.030503

[29] Jutho Haegeman, David Perez-Garcia, Ignacio Cirac és Norbert Schuch. „Rendelési paraméter szimmetriavédett fázisokhoz egy dimenzióban”. Physical Review Letters 109, 050402 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.050402

[30] H. Bombin. „Bevezetés a topológiai kvantumkódokba” (2013). arXiv:1311.0277.
arXiv: 1311.0277

[31] DJ Thouless. „Csere szilárd 3He-ben és a Heisenberg Hamilton-ban”. Proceedings of the Physical Society 86, 893 (1965).
https://doi.org/10.1088/0370-1328/86/5/301

[32] Alexander Altland és Ben D. Simons. „Sűrített anyagmező elmélet”. Cambridge University Press. Cambridge (2010). 2. kiadás.
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511789984

[33] Debanjan Chowdhury, Suvrat Raju, Subir Sachdev, Ajay Singh és Philipp Strack. „Konformális térelméletek többpontos korrelátorai: A kvantumkritikus transzport következményei”. Fizikai Szemle B 87, 085138 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.87.085138

[34] I. Kukuljan, S. Sotiriadis és G. Takacs. „A kvantum-szinusz-gordon modell korrelációs függvényei egyensúlyban és egyensúlyon kívül”. Phys. Rev. Lett. 121, 110402 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.110402

[35] Fabian B. Kugler, Seung-Sup B. Lee és Jan von Delft. „Többpontos korrelációs függvények: Spektrális ábrázolás és numerikus kiértékelés”. Phys. Rev. X 11, 041006 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.11.041006

[36] Hong-Ye Hu, Soonwon Choi és Yi-Zhuang You. „Klasszikus árnyéktomográfia lokálisan kódolt kvantumdinamikával”. Physical Review Research 5, 023027 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.5.023027

[37] Yi-Zhuang You és Yingfei Gu. „A véletlenszerű Hamilton-dinamika összefonódási jellemzői”. Fizikai Szemle B 98, 014309 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.98.014309

[38] Wei-Ting Kuo, AA Akhtar, Daniel P. Arovas és Yi-Zhuang You. „Markovian Entanglement Dynamics under Locally Scrambled Quantum Evolution”. Fizikai Szemle B 101, 224202 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.101.224202

[39] Matteo Ippoliti és Vedika Khemani. „Tanulási átmenetek a megfigyelt kvantumdinamikában a lehallgató klasszikus árnyékain keresztül” (2023). arXiv:2307.15011.
arXiv: 2307.15011

[40] Peter Shor és Raymond Laflamme. „A MacWilliams identitások kvantumanalógja a klasszikus kódoláselmélethez”. Physical Review Letters 78, 1600–1602 (1997).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.1600

[41] ChunJun Cao, Michael J. Gullans, Brad Lackey és Zitao Wang. „Quantum Lego Expansion Pack: Enumerators from Tensor Networks” (2023). arXiv:2308.05152.
arXiv: 2308.05152

[42] Daniel Miller, Daniel Loss, Ivano Tavernelli, Hermann Kampermann, Dagmar Bruss és Nikolai Wyderka. „A gráfállapotok Shor-Laflamme-eloszlásai és az összefonódás zajrousztussága”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 56, 335303 (2023).
https://doi.org/10.1088/1751-8121/ace8d4

[43] Ikko Hamamura és Takashi Imamichi. „A kvantummegfigyelhető anyagok hatékony értékelése összefonódott mérések segítségével”. npj Quantum Information 6, 1–8 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41534-020-0284-2

[44] Ruho Kondo, Yuki Sato, Satoshi Koide, Seiji Kajita és Hideki Takamatsu. „Számításilag hatékony kvantum-elvárás kiterjesztett harangmérésekkel”. Quantum 6, 688 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-04-13-688

[45] Francisco Escudero, David Fernandez-Fernandez, Gabriel Jauma, Guillermo F. Penas és Luciano Pereira. „Hardver-hatékony összefonódott mérések variációs kvantum-algoritmusokhoz”. Physical Review Applied 20, 034044 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.20.034044

[46] Zhang Jiang, Amir Kalev, Wojciech Mruczkiewicz és Hartmut Neven. „Optimális fermion-kubit leképezés hármas fák segítségével csökkentett kvantumállapot-tanulási alkalmazásokkal”. Quantum 4, 276 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-04-276

[47] Ruben Verresen. „Minden egy kvantum-Ising-modell” (2023). arXiv:2301.11917.
arXiv: 2301.11917

[48] Charles Hadfield. „Adaptive Pauli Shadows for Energy Estimation” (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207

[49] Stefan Hillmich, Charles Hadfield, Rudy Raymond, Antonio Mezzacapo és Robert Wille. „Döntési diagramok kvantummérésekhez sekély áramkörökkel”. 2021-ben az IEEE nemzetközi kvantumszámítási és mérnöki konferenciája (QCE). 24–34. oldal. (2021).
https:///doi.org/10.1109/QCE52317.2021.00018

[50] Tzu-Ching Yen, Aadithya Ganeshram és Artur F. Izmaylov. „A kvantummérések determinisztikus fejlesztései kompatibilis operátorok csoportosításával, nem lokális transzformációkkal és kovarianciabecslésekkel”. npj Quantum Information 9, 1–7 (2023).
https:///doi.org/10.1038/s41534-023-00683-y

[51] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang és Xiao Yuan. „Átfedett csoportosítás mérése: Egységes keretrendszer a kvantumállapotok mérésére”. Quantum 7, 896 (2023).
https://doi.org/10.22331/q-2023-01-13-896

[52] Minh C. Tran, Daniel K. Mark, Wen Wei Ho és Soonwon Choi. „Önkényes fizikai tulajdonságok mérése analóg kvantumszimulációban”. Fizikai Szemle X 13, 011049 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.13.011049

[53] Max McGinley és Michele Fava. „Árnyéktomográfia az analóg kvantumszimulátorokban feltörekvő állapotú tervekből”. Physical Review Letters 131, 160601 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.160601

[54] Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Ivaylo S. Madjarov, Xin Xie, Ran Finkelstein, Jacob P. Covey, Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark és mások. „Véletlenszerű állapotok előkészítése és benchmarking soktestű kvantumkáosszal”. Nature 613, 468–473 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05442-1

[55] Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark, Hsin-Yuan Huang, Felipe Hernandez, Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Manuel Endres és Soonwon Choi. „Emergens Quantum State Designs from Individual Many Body Wave Functions”. PRX Quantum 4, 010311 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.4.010311

[56] Wen Wei Ho és Soonwon Choi. „Pontos kialakuló kvantumállapot-tervek a Quantum Chaotic Dynamics-tól”. Physical Review Letters 128, 060601 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.060601

[57] Pieter W. Claeys és Austen Lamacraft. „Emergens kvantumállapot-tervek és biunitaritás a kettős egységáramkörök dinamikájában”. Quantum 6, 738 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-06-15-738

[58] Matteo Ippoliti és Wen Wei Ho. „Dinamikus tisztítás és kvantumállapot-tervek megjelenése a kivetített együttesből”. PRX Quantum 4, 030322 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.4.030322

[59] Matteo Ippoliti és Wen Wei Ho. „Mély hőkezelés megoldható modellje eltérő tervezési időkkel”. Quantum 6, 886 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-12-29-886

[60] Pieter W. Claeys. „Universalitás kvantum-pillanatfelvételekben”. Quantum Views 7, 71 (2023).
https://doi.org/10.22331/qv-2023-01-27-71

Idézi

[1] Benoît Vermersch, Marko Ljubotina, J. Ignacio Cirac, Peter Zoller, Maksym Serbyn és Lorenzo Piroli, „Sok test entrópia és összefonódás polinomiálisan sok lokális mérésből”, arXiv: 2311.08108, (2023).

[2] Matteo Ippoliti és Vedika Khemani: Tanulási átmenetek a megfigyelt kvantumdinamikában a lehallgató klasszikus árnyékain keresztül, arXiv: 2307.15011, (2023).

[3] Bujiao Wu és Dax Enshan Koh, „Hibacsillapított fermionikus klasszikus árnyékok zajos kvantumeszközökön”, arXiv: 2310.12726, (2023).

[4] Dominik Šafránek és Dario Rosa, „Az energia mérése bármely más megfigyelhető anyag mérésével”, Fizikai áttekintés A 108 2, 022208 (2023).

[5] Arkopal Dutt, William Kirby, Rudy Raymond, Charles Hadfield, Sarah Sheldon, Isaac L. Chuang és Antonio Mezzacapo, „Practical Benchmarking of Randomized Measurement Methods for Quantum Chemistry Hamiltonians”, arXiv: 2312.07497, (2023).

[6] Tianren Gu, Xiao Yuan és Bujiao Wu, „Hatékony mérési sémák bozonikus rendszerek számára”, Kvantumtudomány és Technológia 8 4, 045008 (2023).

[7] Yuxuan Du, Yibo Yang, Tongliang Liu, Zhouchen Lin, Bernard Ghanem és Dacheng Tao, „ShadowNet for Data-Centric Quantum System Learning”, arXiv: 2308.11290, (2023).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2024-03-23 10:25:55). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2024-03-23 10:25:53).

Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.

SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
Forrás: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-03-21-1293/

Időbélyeg: Március 21, 2024

Időbélyeg: 13. október 2022.

Klasszikus árnyékok lokálisan összefonódott mérések alapján

Újra kiadta Platón

Absztrakt

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

Állapot-előkészítés a Heisenberg-modellben adiabatikus spirálozással

Az ikermezős kvantumkulcs-elosztás teljesítményének javítása előnyös desztillációs technológiával

Szubpolinomiális idejű algoritmus egydimenziós kvantumrendszerek szabadenergiájára a termodinamikai határban

LIMDD: Döntési diagram a kvantumszámítás szimulációjához, beleértve a stabilizáló állapotokat

Mikor érkezik egy részecske?

Bevezetés a Haar mérési eszközökbe a kvantuminformációban: oktatóanyag kezdőknek

Strukturális kockázat minimalizálása kvantumlineáris osztályozókhoz

Ok-okozati struktúra szektorális kényszerek jelenlétében, a kvantumkapcsolóra való alkalmazással

Dúsított húrháló modellek és gerjesztéseik

Modell prediktív vezérlés robusztus kvantumállapot-előkészítéshez

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók