Fúziós alapú gráfállapot-generálás gráfelméleti optimalizálása

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Seok-Hyung Lee^1,2 és Hyunseok Jeong¹

¹Fizikai és Csillagászati Tanszék, Szöuli Nemzeti Egyetem, Szöul 08826, Koreai Köztársaság
²Mérnöki Kvantumrendszerek Központja, Fizikai Iskola, Sydneyi Egyetem, Sydney, NSW 2006, Ausztrália

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

Absztrakt

A gráf állapotok sokoldalú erőforrások különféle kvantuminformáció-feldolgozási feladatokhoz, beleértve a mérésen alapuló kvantumszámítást és a kvantumismétlőket. Bár a II-es típusú fúziós kapu lehetővé teszi a gráfállapotok teljes optikai generálását kis gráfállapotok kombinálásával, nem determinisztikus jellege akadályozza a nagy gráfállapotok hatékony létrehozását. Ebben a munkában bemutatunk egy gráfelméleti stratégiát bármely adott gráfállapot fúziós alapú generálásának hatékony optimalizálására, valamint egy Python-csomagot, az OptGraphState-et. Stratégiánk három szakaszból áll: a cél gráf állapotának egyszerűsítése, fúziós hálózat kiépítése és a fúziók sorrendjének meghatározása. Ezzel a javasolt módszerrel kiértékeljük a véletlenszerű gráfok és különböző jól ismert gráfok erőforrás-többletét. Ezenkívül megvizsgáljuk a gráfállapot-generálás sikerének valószínűségét korlátozott számú rendelkezésre álló erőforrásállapot mellett. Arra számítunk, hogy stratégiánk és szoftverünk segíteni fogja a kutatókat a fotonikus gráf állapotokat használó, kísérletileg életképes sémák kidolgozásában és értékelésében.

A fúzió alapú gráfállapot generálás gráfelméleti optimalizálása PlatoBlockchain Data Intelligence. Függőleges keresés. Ai.

Kiemelt kép: Példa egy felbontott gráfra és a hozzá tartozó fúziós hálózatra, amely a gráf eredeti állapotából származik a javasolt stratégiánk segítségével. A felbontott gráf, az eredeti egyszerűsített változata, ugyanazt a gráf állapotot adja, miután speciális helyi Clifford-kapukat és II-es típusú fúziókat alkalmaznak. A fúziós hálózat az alapvető erőforrás-állapotok szisztematikus elrendezését képviseli, amely utasítja a szükséges fúziókat az eredeti gráf állapotának rekonstruálására.

Népszerű összefoglaló

A gráfállapotok, amelyek olyan kvantumállapotok, ahol a qubitek egy gráfstruktúra által utasított módon összefonódnak, sokoldalú erőforrás-állapotok a kvantumszámításhoz és a kommunikációhoz. Különösen a fotonikus rendszerek gráfállapotai használhatók mérésalapú kvantumszámításhoz és fúziós alapú kvantumszámításhoz, amelyek ígéretes jelöltek a rövid távú hibatűrő kvantumszámításhoz. Ebben a munkában egy módszert javasolunk tetszőleges fotonikus gráf állapotok felépítésére a kezdeti három foton alap erőforrás állapotaiból. Ezt egy sor „fúziós” művelettel érik el, ahol a kisebb gráfállapotokat valószínûleg nagyobbakká egyesítik meghatározott fotonmérésekkel. Stratégiánk lényege egy gráfelméleti keret, amelyet úgy alakítottak ki, hogy minimalizálja a folyamat erőforrásigényét, növelve a hatékonyságot és a megvalósíthatóságot.

► BibTeX adatok

@cikk{Lee2023grafikonelméleti, doi = {10.22331/q-2023-12-20-1212}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-12-20-1212}, cím = {Grafik fúzió alapú gráfállapot generálás elméleti optimalizálása}, szerző = {Lee, Seok-Hyung és Jeong, Hyunseok}, folyóirat = {{Kvantum}}, issn = {2521-327X}, kiadó = {{Verein zur F{“ {o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, kötet = {7}, oldal = {1212}, hónap = december, év = {2023} }

► Referenciák

[1] M. Hein, W. Dür, J. Eisert, R. Raussendorf, M. Van den Nest és H.-J. Briegel. „Összefonódás gráfállapotokban és alkalmazásai”. A kvantumszámítógépekben, algoritmusokban és káoszban. 115–218. oldal. IOS Press (2006).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0602096
arXiv:quant-ph/0602096

[2] Robert Raussendorf és Hans J. Briegel. „Egyirányú kvantumszámítógép”. Phys. Rev. Lett. 86, 5188–5191 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.5188

[3] Robert Raussendorf, Daniel E. Browne és Hans J. Briegel. „Mérés alapú kvantumszámítás klaszterállapotokon”. Phys. Rev. A 68, 022312 (2003).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.68.022312

[4] R. Raussendorf, J. Harrington és K. Goyal. „Hibatűrő egyirányú kvantumszámítógép”. Ann. Phys. 321, 2242–2270 (2006).
https:///doi.org/10.1016/j.aop.2006.01.012

[5] R. Raussendorf, J. Harrington és K. Goyal. „Topológiai hibatűrés a klaszter állapotú kvantumszámításban”. Új J. Phys. 9, 199 (2007).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/9/6/199

[6] Sara Bartolucci, Patrick Birchall, Hector Bombin, Hugo Cable, Chris Dawson, Mercedes Gimeno-Segovia, Eric Johnston, Konrad Kieling, Naomi Nickerson, Mihir Pant és mások. „Fúziós alapú kvantumszámítás”. Nat. Commun. 14, 912 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36493-1

[7] D. Schlingemann és RF Werner. „Grafikokhoz társított kvantum hibajavító kódok”. Phys. Rev. A 65, 012308 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.012308

[8] A. Pirker, J. Wallnöfer, HJ Briegel és W. Dür. „Optimális erőforrások építése összefűzött kvantumprotokollokhoz”. Phys. Rev. A 95, 062332 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.95.062332

[9] Damian Markham és Barry C. Sanders. „Grafikonállapotok kvantumtitkok megosztásához”. Phys. Rev. A 78, 042309 (2008).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.78.042309

[10] BA Bell, Damian Markham, DA Herrera-Martí, Anne Marin, WJ Wadsworth, JG Rarity és MS Tame. „Kísérleti demonstráció a gráf-állapot kvantumtitkos megosztásáról”. Nat. Commun. 5, 5480 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms6480

[11] M. Zwerger, W. Dür és HJ Briegel. „Mérés alapú kvantumismétlők”. Phys. Rev. A 85, 062326 (2012).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.85.062326

[12] M. Zwerger, HJ Briegel és W. Dür. „Univerzális és optimális hibaküszöbök mérésen alapuló összefonódás-tisztításhoz”. Phys. Rev. Lett. 110, 260503 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.260503

[13] Koji Azuma, Kiyoshi Tamaki és Hoi-Kwong Lo. „Teljesen fotonikus kvantumismétlők”. Nat. Commun. 6, 6787 (2015).
https:///doi.org/10.1038/ncomms7787

[14] J. Wallnöfer, M. Zwerger, C. Muschik, N. Sangouard és W. Dür. „Kétdimenziós kvantumismétlők”. Phys. Rev. A 94, 052307 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.052307

[15] Nathan Shettell és Damian Markham. „A grafikon állapotok a kvantummetrológia forrásaként”. Phys. Rev. Lett. 124, 110502 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.110502

[16] Michael A. Nielsen. „Optikai kvantumszámítás klaszterállapotok felhasználásával”. Phys. Rev. Lett. 93, 040503 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.040503

[17] Daniel E. Browne és Terry Rudolph. „Erőforrás-hatékony lineáris optikai kvantumszámítás”. Phys. Rev. Lett. 95, 010501 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.010501

[18] Jeremy C. Adcock, Sam Morley-Short, Joshua W. Silverstone és Mark G. Thompson. „Kemény korlátok az optikai gráfállapotok utólagos kiválaszthatóságára vonatkozóan”. Quantum Sci. Technol. 4, 015010 (2018).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/aae950

[19] Holger F. Hofmann és Shigeki Takeuchi. „Kvantumfázis-kapu fotonikus qubitekhez, csak nyalábosztók és utószelekció használatával”. Phys. Rev. A 66, 024308 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.66.024308

[20] TC Ralph, NK Langford, TB Bell és AG White. „Lineáris optikai vezérlésű – NEM kapu a véletlen alapon”. Phys. Rev. A 65, 062324 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.062324

[21] Ying Li, Peter C. Humphreys, Gabriel J. Mendoza és Simon C. Benjamin. „A hibatűrő lineáris optikai kvantumszámítás erőforrásköltségei”. Phys. Rev. X 5, 041007 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.5.041007

[22] Samuel L. Braunstein és A. Mann. "A Bell operátor mérése és a kvantum teleportáció". Phys. Rev. A 51, R1727–R1730 (1995).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.51.R1727

[23] WP Grice. „Tetszőlegesen teljes Bell-state mérés csak lineáris optikai elemek felhasználásával”. Phys. Rev. A 84, 042331 (2011).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.84.042331

[24] Fabian Ewert és Peter van Loock. „3/4$-os hatékony Bell-mérés passzív lineáris optikával és össze nem bomló segédelemekkel”. Phys. Rev. Lett. 113, 140403 (2014).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.140403

[25] Seung-Woo Lee, Kimin Park, Timothy C. Ralph és Hyunseok Jeong. „Majdnem determinisztikus Bell-mérés többfoton összefonódással a hatékony kvantuminformáció-feldolgozás érdekében”. Phys. Rev. A 92, 052324 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.92.052324

[26] Seung-Woo Lee, Timothy C. Ralph és Hyunseok Jeong. „A teljesen optikailag méretezhető kvantumhálózatok alapvető építőköve”. Phys. Rev. A 100, 052303 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.052303

[27] Keisuke Fujii és Yuuki Tokunaga. „Hibatűrő topológiai egyirányú kvantumszámítás valószínűségi két qubites kapukkal”. Phys. Rev. Lett. 105, 250503 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.250503

[28] Ying Li, Sean D. Barrett, Thomas M. Stace és Simon C. Benjamin. „Hibatűrő kvantumszámítás nemdeterminisztikus kapukkal”. Phys. Rev. Lett. 105, 250502 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.250502

[29] H. Jeong, MS Kim és Jinhyoung Lee. „Kvantuminformáció-feldolgozás koherens szuperpozíciós állapothoz kevert összefüggő koherens csatornán keresztül”. Phys. Rev. A 64, 052308 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.64.052308

[30] H. Jeong és MS Kim. „Hatékony kvantumszámítás koherens állapotok felhasználásával”. Phys. Rev. A 65, 042305 (2002).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.65.042305

[31] Srikrishna Omkar, Yong Siah Teo és Hyunseok Jeong. „Erőforrás-hatékony topológiai hibatűrő kvantumszámítás a fény hibrid összefonódásával”. Phys. Rev. Lett. 125, 060501 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.060501

[32] Srikrishna Omkar, YS Teo, Seung-Woo Lee és Hyunseok Jeong. „Nagyon fotonveszteség-tűrő kvantumszámítás hibrid qubitek felhasználásával”. Phys. Rev. A 103, 032602 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.103.032602

[33] Shuntaro Takeda, Takahiro Mizuta, Maria Fuwa, Peter Van Loock és Akira Furusawa. „Fotonikus kvantumbitek determinisztikus kvantumteleportálása hibrid technikával”. Nature 500, 315–318 (2013).
https:///doi.org/10.1038/nature12366

[34] Hussain A. Zaidi és Peter van Loock. „A segédelem nélküli lineáris optika fele határának túllépése Bell mérések”. Phys. Rev. Lett. 110, 260501 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.260501

[35] Seok-Hyung Lee, Srikrishna Omkar, Yong Siah Teo és Hyunseok Jeong. „Paritáskódoláson alapuló kvantumszámítás bayesi hibakövetéssel”. npj Quantum Inf. 9, 39 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41534-023-00705-9

[36] Gerald Gilbert, Michael Hamrick és Yaakov S. Weinstein. „Fotonikus kvantumszámítási klaszterek hatékony felépítése”. Phys. Rev. A 73, 064303 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.73.064303

[37] Konrad Kieling, David Gross és Jens Eisert. „Minimális erőforrások a lineáris optikai egyirányú számításokhoz”. J. Opt. Soc. Am. B 24, 184–188 (2007).
https:///doi.org/10.1364/JOSAB.24.000184

[38] Maarten Van den Nest, Jeroen Dehaene és Bart De Moor. „A lokális Clifford-transzformációk működésének grafikus leírása gráfállapotokon”. Phys. Rev. A 69, 022316 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.69.022316

[39] Srikrishna Omkar, Seok-Hyung Lee, Yong Siah Teo, Seung-Woo Lee és Hyunseok Jeong. „Teljesen fotonikus architektúra skálázható kvantumszámításhoz Greenberger-Horne-Zeilinger állapotokkal”. PRX Quantum 3, 030309 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.030309

[40] Michael Varnava, Daniel E. Browne és Terry Rudolph. „Veszteségtűrés az egyirányú kvantumszámításban tényellenes hibajavítás révén”. Phys. Rev. Lett. 97, 120501 (2006).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.120501

[41] N. Lütkenhaus, J. Calsamiglia és K.-A. Suominen. „Harangmérés a teleportációhoz”. Phys. Rev. A 59, 3295–3300 (1999).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.59.3295

[42] Michael Varnava, Daniel E. Browne és Terry Rudolph. „Mennyire jónak kell lenniük az egyfotonforrásoknak és detektoroknak a hatékony lineáris optikai kvantumszámításhoz?” Phys. Rev. Lett. 100, 060502 (2008).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.060502

[43] C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac és MM Wolf. „Összefont multiqubit állapotok szekvenciális generálása”. Phys. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.110503

[44] Netanel H. Lindner és Terry Rudolph. „Javaslat fotonikus klaszter állapotsorok impulzusos on-demand forrásaira”. Phys. Rev. Lett. 103, 113602 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.113602

[45] I. Schwartz, D. Cogan, ER Schmidgall, Y. Don, L. Gantz, O. Kenneth, NH Lindner és D. Gershoni. „Az összefonódott fotonok halmazállapotának determinisztikus generálása”. Science 354, 434–437 (2016).
https:///doi.org/10.1126/science.aah4758

[46] Shuntaro Takeda, Kan Takase és Akira Furusawa. „Igény szerinti fotonikus összefonódás szintetizátor”. Science Advances 5, eaaw4530 (2019).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aaw4530

[47] Philip Thomas, Leonardo Ruscio, Olivier Morin és Gerhard Rempe. „Összefont többfoton gráfállapotok hatékony generálása egyetlen atomból”. Nature 608, 677–681 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04987-5

[48] John W. Moon és Leo Moser. „A klikkekről grafikonokban”. Isr. J. Math. 3, 23–28 (1965).
https:///doi.org/10.1007/BF02760024

[49] Eugene L. Lawler, Jan Karel Lenstra és AHG Rinnooy Kan. „Minden maximális független halmaz generálása: NP-keménység és polinomiális idő algoritmusai”. SIAM J. Comput. 9, 558–565 (1980).
https:///doi.org/10.1137/0209042

[50] Shuji Tsukiyama, Mikio Ide, Hiromu Ariyoshi és Isao Shirakawa. „Új algoritmus az összes maximális független halmaz generálására”. SIAM J. Comput. 6, 505–517 (1977).
https:///doi.org/10.1137/0206036

[51] Csardi Gábor és Nepusz Tamás. „Az igraph szoftvercsomag komplex hálózatkutatáshoz”. InterJournal Complex Systems, 1695 (2006). url: https:///igraph.org.
https:///igraph.org

[52] David Eppstein, Maarten Löffler és Darren Strash. „Minden maximális klikk listázása ritka grafikonokon közel optimális időben”. Nemzetközi Algoritmusok és Számítási Szimpóziumon. 403–414. oldal. Springer (2010).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1006.5440

[53] Aric A. Hagberg, Daniel A. Schult és Pieter J. Swart. „A hálózat szerkezetének, dinamikájának és funkcióinak feltárása a NetworkX segítségével”. In Gäel Varoquaux, Travis Vaught és Jarrod Millman, szerkesztők, Proceedings of the 7th Python in Science Conference (SciPy2008). 11–15. oldal. Pasadena, CA, USA (2008). url: https:///www.osti.gov/biblio/960616.
https:///www.osti.gov/biblio/960616

[54] Zvi Galil. „Hatékony algoritmusok a grafikonok maximális egyezésének megtalálásához”. ACM Comput. Surv. 18, 23–38 (1986).
https:///doi.org/10.1145/6462.6502

[55] Erdős Pál és Rényi Alfréd. „Véletlenszerű grafikonokon I”. Publicationes mathematicae 6, 290–297 (1959).
https:///doi.org/10.5486/PMD.1959.6.3-4.12

[56] TC Ralph, AJF Hayes és Alexei Gilchrist. „Veszteségtűrő optikai qubitek”. Phys. Rev. Lett. 95, 100501 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.100501

[57] Sean D. Barrett és Thomas M. Stace. „Hibatűrő kvantumszámítás nagyon magas veszteségi hibák küszöbével”. Phys. Rev. Lett. 105, 200502 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.200502

[58] James M. Auger, Hussain Anwar, Mercedes Gimeno-Segovia, Thomas M. Stace és Dan E. Browne. „Hibatűrő kvantumszámítás nemdeterminisztikus összefonódó kapukkal”. Phys. Rev. A 97, 030301 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.97.030301

[59] GB Arfken, HJ Weber és FE Harris. „Matematikai módszerek fizikusok számára: átfogó útmutató”. Elsevier Science. (2011). url: https:///books.google.co.kr/books?id=JOpHkJF-qcwC.
https:///books.google.co.kr/books?id=JOpHkJF-qcwC

[60] Maarten Van den Nest, Jeroen Dehaene és Bart De Moor. „Hatékony algoritmus a gráfállapotok lokális clifford ekvivalenciájának felismerésére”. Phys. Rev. A 70, 034302 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.70.034302

[61] Axel Dahlberg és Stephanie Wehner. „Grafikállapotok átalakítása egy-qubites műveletekkel”. Philos. T. Roy. Soc. A 376, 20170325 (2018).
https:///doi.org/10.1098/rsta.2017.0325

[62] M. Hein, J. Eisert és HJ Briegel. „Többpárti összefonódás gráfállapotokban”. Phys. Rev. A 69, 062311 (2004).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.69.062311

Idézi

[1] Brendan Pankovich, Alex Neville, Angus Kan, Srikrishna Omkar, Kwok Ho Wan és Kamil Brádler, „Rugalmas összefonódott állapotgenerálás a lineáris optikában”, arXiv: 2310.06832, (2023).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-12-20 14:43:35). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

Nem sikerült lekérni Az adatok által hivatkozott kereszthivatkozás utolsó próbálkozáskor 2023-12-20 14:43:34: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2023-12-20-1212 hivatkozás által hivatkozott adatokat a Crossref-től. Ez normális, ha a DOI-t nemrég regisztrálták.

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-2023-12-20-1212/

Időbélyeg: December 20, 2023

Időbélyeg: 11. szeptember 2023.

Újra kiadta Platón

Gyakorlati számítási előny a kvantumkapcsolóból az ígéretproblémák általánosított családjában

Az extrém kvantumosság ortonormális alapjai

Adaptív szindróma mérések Shor-stílusú hibajavításhoz

A kétrészes Gauss-bozon mintavétel összetettsége

A $2T$-qutrit, egy kétmódusú bozonikus qutrit

Folyamatos-változó összefonódás központi erőn keresztül: alkalmazása a gravitációra kvantumtömegek között

Hőállapot-előkészítés kerekítési ígéretekkel

Egyszerű mesteregyenletek a klasszikus nem-markovi zajnak kitett hajtott rendszerek leírására

A lézervezérelt szabadelektronok szintetikus Hilbert-tere

Időbeli menetelésen alapuló kvantummegoldók időfüggő lineáris differenciálegyenletekhez

Dúsított húrháló modellek és gerjesztéseik

Kvantumadatok kovácsolása: klasszikusan az IQP-alapú kvantumteszt legyőzése

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók