Az univerzális kvantumszámítási képesség meghatározása: A vezérelhetőség tesztelése dimenziós expresszivitáson keresztül

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Fernando Gago-Encinas¹, Tobias Hartung^2,3, Daniel M. Reich¹, Karl Jansen⁴és Christiane P. Koch¹

¹Fachbereich Physik és Dahlem komplex kvantumrendszerek központja, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin, Németország
²Northeastern University London, Devon House, St Katharine Docks, London, E1W 1LP, Egyesült Királyság
³Khoury College of Computer Sciences, Northeastern University, 440 Huntington Avenue, 202 West Village H Boston, MA 02115, USA
⁴NIC, DESY Zeuthen, Platanenallee 6, 15738 Zeuthen, Németország

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

Absztrakt

Az operátor vezérelhetősége arra utal, hogy tetszőleges unitáriust lehet megvalósítani az SU(N)-ban, és ez az univerzális kvantumszámítás előfeltétele. Az irányíthatósági tesztek a kvantumeszközök tervezésénél használhatók a külső vezérlések számának csökkentésére. Gyakorlati felhasználásukat azonban nehezíti, hogy numerikus erőfeszítéseiket a qubitek számával exponenciálisan skálázzák. Itt egy parametrizált kvantumáramkörön alapuló hibrid kvantum-klasszikus algoritmust dolgozunk ki. Megmutatjuk, hogy a szabályozhatóság függ a független paraméterek számától, ami dimenziós expresszivitás-analízissel nyerhető. Példaként mutatjuk be az algoritmus alkalmazását qubit tömbökhöz legközelebbi szomszédos csatolásokkal és helyi vezérlőkkel. Munkánk szisztematikus megközelítést biztosít a kvantumchipek erőforrás-hatékony tervezéséhez.

Az univerzális kvantumszámítási képesség meghatározása: A vezérelhetőség tesztelése dimenziós expresszivitáson keresztül PlatoBlockchain Data Intelligence. Függőleges keresés. Ai.

Kiemelt kép: A parametrikus kvantumáramkör egyetlen rétege, amelyet az operátor vezérelhetőségének tesztelésére terveztek egy qubit tömbön, helyi vezérlőkkel.

Népszerű összefoglaló

A szabályozhatóság megmondja, hogy megvalósíthatunk-e minden elképzelhető egységes műveletet egy kvantumrendszeren olyan vezérlőmezőkkel, amelyeket az idő függvényében megváltoztathatunk. Ez a tulajdonság fontos a qubit tömböknél, mivel az univerzális kvantumszámításhoz olyan eszközre van szükség, amely bármilyen kvantumlogikai műveletet képes megvalósítani. Mivel minden vezérlőmező fizikai helyet foglal el, kalibrálást igényel, és potenciálisan zajforrást jelent, elengedhetetlenné válik, hogy olyan eszközterveket találjunk, amelyeknél a lehető legkevesebb vezérlőelem és qubit-csatolás van, mivel a kvantumeszközök növekednek. Az irányíthatósági tesztek segíthetnek elérni ezt a célt.

Itt egy hibrid kvantum-klasszikus tesztet mutatunk be, amely kombinálja a kvantumeszközön végzett méréseket és a klasszikus számításokat. Algoritmusunk a paraméteres kvantumáramkörök koncepcióján alapul, amely a Boole-féle áramkörök kvantum megfelelője, ahol a logikai kapuk egy része különböző paraméterektől függ. Dimenziós expresszivitáselemzést alkalmazunk az áramkör összes redundáns és eltávolítható paraméterének azonosítására. Megmutatjuk, hogy bármely qubit tömbhöz definiálható egy parametrikus kvantumkör úgy, hogy a független paraméterek száma tükrözze az eredeti kvantumrendszer szabályozhatóságát.

Reméljük, hogy ez a teszt hasznos eszköz lesz ezeknek az áramköröknek a tanulmányozásához, valamint vezérelhető, nagyobb méretekre skálázható kvantumeszközök tervezéséhez.

► BibTeX adatok

@cikk{GagoEncinas2023meghatározhatóság, doi = {10.22331/q-2023-12-21-1214}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-12-21-1214}, cím = {meghatározás képesség az univerzális kvantumszámításhoz: {T}a kontrollálhatóság tesztelése dimenziós expresszivitáson keresztül}, szerző = {Gago-Encinas, Fernando és Hartung, Tobias és Reich, Daniel M. és Jansen, Karl és Koch, Christiane P.}, folyóirat = {{ Quantum}}, issn = {2521-327X}, kiadó = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, kötet = {7}, oldal = {1214}, hónap = dec, év = {2023} }

► Referenciák

[1] Michael A Nielsen és Isaac L Chuang. „Kvantumszámítás és kvantuminformáció”. Cambridge-i egyetemi sajtó. (2010).
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511976667

[2] Philip Krantz, Morten Kjaergaard, Fei Yan, Terry P Orlando, Simon Gustavsson és William D Oliver. „Kvantummérnöki útmutató a szupravezető qubitekhez”. Alkalmazott fizika áttekintések 6 (2019).
https:///doi.org/10.1063/1.5089550

[3] Juan José García-Ripoll. „Kvantuminformáció és kvantumoptika szupravezető áramkörökkel”. Cambridge University Press. (2022).
https:///doi.org/10.1017/9781316779460

[4] Fernando Gago-Encinas, Monika Leibscher és Christiane Koch. „A vezérelhetőség grafikontesztje qubit tömbökben: szisztematikus módszer a külső vezérlők minimális számának meghatározására”. Quantum Science and Technology 8, 045002 (2023).
https://doi.org/10.1088/2058-9565/ace1a4

[5] Domenico d’Alessandro. „Bevezetés a kvantumvezérlésbe és a dinamikába”. CRC sajtó. (2021).
https:///doi.org/10.1201/9781003051268

[6] Christiane P. Koch, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Gunther Dirr, Stefan Filipp, Steffen J. Glaser, Ronnie Kosloff, Simone Montangero, Thomas Schulte-Herbrüggen, Dominique Sugny és Frank K. Wilhelm. „Kvantumoptimális szabályozás a kvantumtechnológiákban. stratégiai jelentés az európai kutatás jelenlegi helyzetéről, elképzeléseiről és céljairól”. EPJ Quantum Technol. 9, 19 (2022).
https:///doi.org/10.1140/epjqt/s40507-022-00138-x

[7] Steffen J. Glaser, Ugo Boscain, Tommaso Calarco, Christiane P. Koch, Walter Köckenberger, Ronnie Kosloff, Ilya Kuprov, Burkard Luy, Sophie Schirmer, Thomas Schulte-Herbrüggen, D. Sugny és Frank K. Wilhelm. „Schrödinger macskájának kiképzése: kvantumoptimális kontroll. stratégiai jelentés az európai kutatás jelenlegi helyzetéről, elképzeléseiről és céljairól”. EPJ D 69, 279 (2015).
https:///doi.org/10.1140/epjd/e2015-60464-1

[8] Francesca Albertini és Domenico D’Alessandro. „A Lie algebra szerkezete és a spinrendszerek irányíthatósága”. Lineáris algebra és alkalmazásai 350, 213–235 (2002).
https://doi.org/10.1016/S0024-3795(02)00290-2

[9] U. Boscain, M. Caponigro, T. Chambrion és M. Sigalotti. „Gyenge spektrális feltétel a bilineáris Schrödinger-egyenlet szabályozhatóságához egy forgó síkmolekula szabályozására való alkalmazásával”. Comm. Math. Phys. 311, 423–455 (2012).
https:///doi.org/10.1007/s00220-012-1441-z

[10] Ugo Boscain, Marco Caponigro és Mario Sigalotti. „Több bemenetes Schrödinger-egyenlet: szabályozhatóság, követés és alkalmazás a kvantum szögimpulzusra”. Journal of Differential Equations 256, 3524–3551 (2014).
https:///doi.org/10.1016/j.jde.2014.02.004

[11] S. G. Schirmer, H. Fu és A. I. Solomon. „A kvantumrendszerek teljes irányíthatósága”. Phys. Rev. A 63, 063410 (2001).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.63.063410

[12] H Fu, S G Schirmer és A I Solomon. „Véges szintű kvantumrendszerek teljes irányíthatósága”. Journal of Physics A: Mathematical and General 34, 1679 (2001).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/34/8/313

[13] Claudio Altafini. „Kvantummechanikai rendszerek irányíthatósága az su(n) gyökértéri dekompozíciójával”. Journal of Mathematical Physics 43, 2051–2062 (2002).
https:///doi.org/10.1063/1.1467611

[14] Eugenio Pozzoli, Monika Leibscher, Mario Sigalotti, Ugo Boscain és Christiane P. Koch. „Hazugság algebra hajtott aszimmetrikus csúcs forgási alrendszereihez”. J. Phys. V: Matek. Theor. 55, 215301 (2022).
https:///doi.org/10.1088/1751-8121/ac631d

[15] Thomas Chambrion, Paolo Mason, Mario Sigalotti és Ugo Boscain. „Külső mező által vezérelt diszkrét spektrumú Schrödinger-egyenlet szabályozhatósága”. Annales de l’Institut Henri Poincaré C 26, 329–349 (2009).
https:///doi.org/10.1016/j.anihpc.2008.05.001

[16] Nabile Boussaïd, Marco Caponigro és Thomas Chambrion. „Gyengén csatolt rendszerek a kvantumvezérlésben”. IEEE Trans. Automata. Control 58, 2205–2216 (2013).
https:///doi.org/10.1109/TAC.2013.2255948

[17] Monika Leibscher, Eugenio Pozzoli, Cristobal Pérez, Melanie Schnell, Mario Sigalotti, Ugo Boscain és Christiane P. Koch. "Az enantiomer-szelektív állapottranszfer teljes kvantumszabályozása királis molekulákban a degeneráció ellenére". Communications Physics 5, 1–16 (2022).
https://doi.org/10.1038/s42005-022-00883-6

[18] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik és Jeremy L O'brien. „Változatos sajátérték-megoldó fotonikus kvantumprocesszoron”. Nature Communications 5, 4213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213

[19] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush és Alán Aspuru-Guzik. „A variációs hibrid kvantum-klasszikus algoritmusok elmélete”. New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023

[20] John Preskill. „Kvantumszámítástechnika a nisq-korszakban és azon túl”. Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[21] Lena Funcke, Tobias Hartung, Karl Jansen, Stefan Kühn és Paolo Stornati. „Paraméteres kvantumáramkörök dimenziós expressziós elemzése”. Quantum 5, 422 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-03-29-422

[22] Lena Funcke, Tobias Hartung, Karl Jansen, Stefan Kühn, Manuel Schneider és Paolo Stornati. „Dimenziós expresszivitás-elemzés, legjobb közelítési hibák és parametrikus kvantumáramkörök automatizált tervezése” (2021).

[23] Claudio Altafini. „Kvantummechanikai rendszerek irányíthatósága a su (n) gyökértéri dekompozíciójával”. Journal of Mathematical Physics 43, 2051–2062 (2002).
https:///doi.org/10.1063/1.1467611

[24] Francesca Albertini és Domenico D’Alessandro. „A szabályozhatóság fogalmai bilineáris többszintű kvantumrendszerekhez”. IEEE Transactions on Automatic Control 48, 1399–1403 (2003).
https:///doi.org/10.1109/TAC.2003.815027

[25] SG Schirmer, ICH Pullen és AI Solomon. „Dinamikus hazugság-algebrák azonosítása véges szintű kvantumvezérlő rendszerekhez”. Journal of Physics A: Mathematical and General 35, 2327 (2002).
https://doi.org/10.1088/0305-4470/35/9/319

[26] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio és mások. „Variációs kvantum algoritmusok”. Nature Reviews Physics 3, 625–644 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9

[27] Sukin Sim, Peter D Johnson és Alán Aspuru-Guzik. „Paraméterezett kvantumáramkörök kifejezhetősége és összefonódási képessége hibrid kvantum-klasszikus algoritmusokhoz”. Advanced Quantum Technologies 2, 1900070 (2019).
https:///doi.org/10.1002/qute.201900070

[28] Lucas Friedrich és Jonas Maziero. „A kvantumköltségfüggvény-koncentráció függése a paraméterezési expresszivitástól” (2023).
https://doi.org/10.1038/s41598-023-37003-5

[29] John M Lee és John M Lee. „Sima elosztók”. Springer. (2012).
https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9982-5_1

[30] Morten Kjaergaard, Mollie E Schwartz, Jochen Braumüller, Philip Krantz, Joel I-J Wang, Simon Gustavsson és William D Oliver. „Szupravezető qubitek: A játék jelenlegi állapota”. Annual Review of Condensed Matter Physics 11, 369–395 (2020).
https:///doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-031119-050605

[31] Man-Duen Choi. „Teljesen pozitív lineáris térképek összetett mátrixokon”. Lineáris algebra és alkalmazásai 10, 285–290 (1975).
https://doi.org/10.1016/0024-3795(75)90075-0

[32] Andrzej Jamiołkowski. „Lineáris transzformációk, amelyek megőrzik az operátorok nyomvonalát és pozitív félig meghatározottságát”. Reports on Mathematical Physics 3, 275–278 (1972).
https://doi.org/10.1016/0034-4877(72)90011-0

[33] Seth Lloyd, Masoud Mohseni és Patrick Rebentrost. „Kvantumfőkomponens-elemzés”. Nature Physics 10, 631–633 (2014).
https:///doi.org/10.1038/nphys3029

[34] Min Jiang, Shunlong Luo és Shuangshuang Fu. „Csatorna-állapot kettősség”. Fizikai Szemle A 87, 022310 (2013).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.87.022310

[35] Alicia B Magann, Christian Arenz, Matthew D Grace, Tak-San Ho, Robert L Kosut, Jarrod R McClean, Herschel A Rabitz és Mohan Sarovar. „Az impulzusoktól az áramkörökig és vissza: A kvantumoptimális szabályozási perspektíva a variációs kvantum algoritmusokhoz”. PRX Quantum 2, 010101 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010101

[36] Nicolas Wittler, Federico Roy, Kevin Pack, Max Werninghaus, Anurag Saha Roy, Daniel J. Egger, Stefan Filipp, Frank K. Wilhelm és Shai Machnes. „Integrált eszközkészlet szupravezető qubitekre alkalmazott kvantumeszközök vezérlésére, kalibrálására és jellemzésére”. Phys. Rev. Appl. 15, 034080 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.034080

[37] Jonathan Z Lu, Rodrigo A Bravo, Kaiying Hou, Gebremedhin A Dagnew, Susanne F Yelin és Khadijeh Najafi. „Kvantumszimmetriák tanulása interaktív kvantum-klasszikus variációs algoritmusokkal” (2023).

[38] Alicja Dutkiewicz, Thomas E O’Brien és Thomas Schuster. „A kvantumvezérlés előnye a soktestű Hamilton-tanulásban” (2023).

[39] Rongxin Xia és Saber Kais. „Qubit csatolt klaszter egyszeres és kétszeres variációs kvantum-sajátmegoldó ansatz elektronikus szerkezeti számításokhoz”. Quantum Science and Technology 6, 015001 (2020).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/abbc74

[40] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow és Jay M Gambetta. „Hardver-hatékony variációs kvantum-sajátmegoldó kis molekulákhoz és kvantummágnesekhez”. Nature 549, 242–246 (2017).
https:///doi.org/10.1038/nature23879

[41] Pauline J Ollitrault, Alexander Miessen és Ivano Tavernelli. „Molekuláris kvantumdinamika: A kvantumszámítási perspektíva”. Accounts of Chemical Research 54, 4229–4238 (2021).
https:///doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00514

Idézi

Nem sikerült lekérni Az adatok által hivatkozott kereszthivatkozás utolsó próbálkozáskor 2023-12-21 12:25:23: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2023-12-21-1214 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 2023-12-21 12:25:23).

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-2023-12-21-1214/

Időbélyeg: December 21, 2023

Időbélyeg: 8. november 2023.

Az univerzális kvantumszámítási képesség meghatározása: A szabályozhatóság tesztelése dimenziós expresszivitáson keresztül

Újra kiadta Platón

Absztrakt

Népszerű összefoglaló

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

Átalakítások kvantumhálózatokban lokális műveleteken keresztül, amelyeket a klasszikus kommunikáció véges sok köre segít

Egy Tonks-gáz dinamikus, többtestes delokalizációs átmenete kváziperiodikus vezetési potenciálban

Javíthatja-e a hibacsökkentés a zajos variációs kvantumalgoritmusok taníthatóságát?

Oszd meg és uralkodj ellenőrző módszer zajos, közepes léptékű kvantumszámításhoz

Földrengés kvantálás

Zajrobusztus alapállapot-energiabecslések mély kvantumáramkörökből

Többvezérlésű kvantumkapuk vágása ZX kalkulussal

Hamiltoni variációs ansatz meddő fennsíkok nélkül

Quantum Vision Transformers

Kvadratikus gyorsítás a zajos kvantumoptikai áramkörök optimalizálásához

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók