Abstraqt: Kvantumáramkörök elemzése absztrakt stabilizátor szimulációval

Abstraqt: Kvantumáramkörök elemzése absztrakt stabilizátor szimulációval

Időbélyeg: 20. november 2023. 10:17

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader és Martin Vechev

ETH Zürich, Svájc

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

Absztrakt

A stabilizátor-szimuláció hatékonyan képes szimulálni a kvantumáramkörök egy fontos osztályát, amelyek kizárólag Clifford-kapukból állnak. Ennek a szimulációnak azonban az összes létező kiterjesztése tetszőleges kvantumáramkörökre, beleértve a nem Clifford-kapukat is, exponenciális futásidőben szenved.
Ennek a kihívásnak a megoldására egy új megközelítést mutatunk be a hatékony stabilizátor szimulációhoz tetszőleges kvantumáramkörökön, a pontosság elvesztése árán. A legfontosabb ötletünk az, hogy a kvantumállapot exponenciális összegreprezentációját egyetlen $absztrakt$ összegzésbe tömörítsük, amely (legalább) minden előforduló összeget lefed. Ez lehetővé teszi egy $textit{absztrakt stabilizátor-szimulátor}$ bevezetését, amely hatékonyan manipulálja az absztrakt összegzőket azáltal, hogy $túl közelíti$ az áramköri műveletek hatását, beleértve a Clifford kapukat, a nem Clifford kapukat és a (belső) méréseket.
Absztrakt szimulátorunkat az Abstraqt nevű eszközben valósítottuk meg, és kísérletileg demonstráltuk, hogy az Abstraqt olyan áramköri tulajdonságokat tud megállapítani, amelyek a meglévő technikák számára megoldhatatlanok.

Abstraqt: Kvantumáramkörök elemzése absztrakt stabilizátor-szimuláción keresztül, a PlatoBlockchain adatintelligencia segítségével. Függőleges keresés. Ai.

Kiemelt kép: Az Abstraqt a kvantumállapot exponenciális összegreprezentációját egyetlen absztrakt összegzésbe tömöríti.

► BibTeX adatok

► Referenciák

[1] Daniel Gottesman. „A kvantumszámítógépek Heisenberg-reprezentációja”. Technikai jelentés arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv:quant-ph/9807006

[2] Scott Aaronson és Daniel Gottesman. „A stabilizátor áramkörök továbbfejlesztett szimulációja”. Physical Review A 70, 052328 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal és Brad Lackey. „A gotesman-típusok kiterjesztése a cliffordi csoporton túlra”. A Quantum Computing programozási nyelveiről szóló második nemzetközi műhelyben (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

[4] Aleks Kissinger és John van de Wetering. „Kvantumáramkörök szimulálása ZX-számítással csökkentette a stabilizátor lebontását”. Quantum Science and Technology 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset és Mark Howard. „Kvantumáramkörök szimulációja alacsony rangú stabilizátor dekompozíciókkal”. Quantum 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa és Stephen D. Bartlett. „Kvantumáramkörök kimenetelének valószínűségének gyors becslése”. PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PRXQuantum.3.020361

[7] „Kvantumáramkörök klasszikus szimulációja részleges és grafikus stabilizátor dekompozíciókkal”. Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot és Radhia Cousot. „Absztrakt értelmezés: Egységes rácsmodell a programok statikus elemzéséhez fixpontok felépítésével vagy közelítésével”. In Proceedings of the 4th ACM SIGACT-SIGPLAN Symposium on Principles of Programming Languages. 238–252. oldal. POPL ’77 New York, NY, USA (1977). ACM.
https://​/​doi.org/​10.1145/​512950.512973

[9] Patrick Cousot és Radhia Cousot. „Absztrakt értelmezési keretek”. Journal of Logic and Computation 2, 511–547 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

[10] Bruno Blanchet, Patrick Cousot, Radhia Cousot, Jérome Feret, Laurent Mauborgne, Antoine Miné, David Monniaux és Xavier Rival. „Statikus analizátor nagy biztonságkritikus szoftverekhez”. ACM SIGPLAN Notices 38, 196–207 (2003).
https://​/​doi.org/​10.1145/​780822.781153

[11] Francesco Logozzo és Manuel Fähndrich. „Pentagons: Gyengén relációs absztrakt tartomány a tömbhozzáférések hatékony érvényesítéséhez”. Science of Computer Programming 75, 796–807 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.scico.2009.04.004

[12] Timon Gehr, Matthew Mirman, Dana Drachsler-Cohen, Petar Tsankov, Swarat Chaudhuri és Martin Vechev. „AI2: Neurális hálózatok biztonsági és robusztussági tanúsítása absztrakt értelmezéssel”. 2018-ban IEEE szimpózium a biztonságról és adatvédelemről (SP). 3–18. oldal. San Francisco, CA (2018). IEEE.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen és Isaac L. Chuang. „Kvantumszámítás és kvantuminformáció: 10. évfordulós kiadás”. Cambridge University Press. (2010).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511976667

[14] 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, Alihar Javadi, NaokAi 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 Nánnicini, Paul , 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, Eddie Chris Schnabel 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 Vogt, Desi-Leree , Christophe Vuillot, Jonathan A. Wildstrom, Jessica Wilson, Erick Winston, Christopher Wood, Stephen Wood, Stefan Wörner, Ismail Yunus Akhalwaya és Christa Zoufal. „Qiskit: Nyílt forráskódú keretrendszer a kvantumszámításhoz” (2019).

[15] 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 és Travis E. Oliphant. „Tömbprogramozás NumPy segítségével”. Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou és Stanley Seibert. „Numba: LLVM-alapú Python JIT fordító”. In Proceedings of the Second Workshop on the LLVM Compiler Infrastructure in HPC. 1–6. oldal. LLVM ’15 New York, NY, USA (2015). Számítógépek Szövetsége.
https://​/​doi.org/​10.1145/​2833157.2833162

[17] Craig Gidney. "Stim: egy gyors stabilizátor áramkör szimulátor". Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. „Hacker öröme”. Addison-Wesley Professional. (2012). 2. kiadás.
https://​/​doi.org/​10.5555/​2462741

[19] Aleks Kissinger és John van de Wetering. „PyZX: Nagy léptékű automatizált diagramszerű érvelés”. In Bob Coecke és Matthew Leifer, szerkesztők, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, USA, 10. június 14–2019., 318. kötet, Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, 229–241. Open Publishing Association (2020).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.318.14

[20] Matthew Amy. „Az univerzális kvantumáramkörök nagyléptékű funkcionális ellenőrzése felé”. Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu és Jens Palsberg. „Kvantum-absztrakt értelmezés”. In Proceedings of the 42nd ACM SIGPLAN International Conference on Programming Language Design and Implementation. 542–558. oldal. PLDI 2021, New York, NY, USA (2021). Számítógépek Szövetsége.
https://​/​doi.org/​10.1145/​3453483.3454061

[22] Antoine Miné. „Gyengén relációs numerikus absztrakt tartományok”. PhD értekezés (2004). url: https://​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Simon Perdrix. „Kvantumösszefonódás-elemzés absztrakt értelmezés alapján”. In Proceedings of the 15. International Symposium on Static Analysis. 270–282. oldal. SAS ’08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. „A kvantum-összefonódás elemzése kvantumprogramokban a stabilizátor formalizmus segítségével”. Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 195 (2015).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li és Michael Hicks. „A kvantumprogramok helyességének bizonyítása”. Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 193, 21:1–21:19 (2021).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ITP.2021.21

[26] Christophe Chareton, Sébastien Bardin, François Bobot, Valentin Perrelle és Benoît Valiron. „Automatikus deduktív ellenőrző keretrendszer áramkörépítő kvantumprogramokhoz”. In Programozási nyelvek és rendszerek. 148–177. oldal. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying és Xiaodi Wu. „A kvantumprogramok invariánsai: Jellemzések és generálás”. SIGPLAN Nem. 52, 818–832 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1145/​3093333.3009840

Idézi

Nem sikerült lekérni Az adatok által hivatkozott kereszthivatkozás utolsó próbálkozáskor 2023-11-20 15:19:03: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2023-11-20-1185 hivatkozás által hivatkozott adatokat a Crossref-től. Ez normális, ha a DOI-t nemrég regisztrálták. Tovább SAO/NASA HIRDETÉSEK művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2023-11-20 15:19:04).

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.

Időbélyeg:

Még több Quantum Journal