1Kelompok Penelitian Fotonik, INTEC, Universitas Ghent โ โโimec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Ghent, Belgia
2Tรฉlรฉcom Paris dan Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Prancis
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Kanada
4Pusat Fisika Teoritis Kadanoff & Institut Enrico Fermi, Departemen Fisika, Universitas Chicago, Chicago, IL 60637
Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.
Abstrak
Sirkuit kuantum optik linier dengan detektor penyelesaian nomor foton (PNR) digunakan untuk Gaussian Boson Sampling (GBS) dan untuk persiapan status non-Gaussian seperti Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), status cat, dan NOON. Mereka sangat penting dalam banyak skema komputasi kuantum dan metrologi kuantum. Mengoptimalkan sirkuit secara klasik dengan detektor PNR merupakan tantangan karena ruang Hilbertnya yang besar secara eksponensial, dan secara kuadratik lebih menantang dengan adanya dekoherensi karena vektor keadaan digantikan oleh matriks kepadatan. Untuk mengatasi masalah ini, kami memperkenalkan serangkaian algoritme yang menghitung probabilitas deteksi, status kondisional (serta gradiennya sehubungan dengan parameterisasi rangkaian) dengan kompleksitas yang sebanding dengan kasus tanpa suara. Sebagai konsekuensinya kita dapat mensimulasikan dan mengoptimalkan rangkaian dengan jumlah mode dua kali lipat dari sebelumnya, menggunakan sumber daya yang sama. Lebih tepatnya, untuk rangkaian bising mode $M$ dengan mode terdeteksi $D$ dan mode tidak terdeteksi $U$, kompleksitas algoritme kami adalah $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu in mskip2mu D} C_i)$, daripada $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu in mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, dimana $C_i$ adalah batas Fock dari mode $i$ . Sebagai kasus tertentu, pendekatan kami menawarkan percepatan kuadrat penuh untuk menghitung probabilitas deteksi, karena dalam kasus tersebut semua mode terdeteksi. Terakhir, algoritme ini diimplementasikan dan siap digunakan di perpustakaan optimasi fotonik sumber terbuka MrMustard.
Versi animasi dari beberapa gambar dalam naskah (GIF) disertakan dalam Materi Pelengkap.
Ringkasan populer
Para ilmuwan dapat mengandalkan komputer klasik untuk mensimulasikan dan mengoptimalkan sirkuit ini. Namun, simulasi numerik seperti itu pada dasarnya menantang, terutama seiring dengan bertambahnya ukuran sirkuit (jika sirkuit kuantum dapat disimulasikan secara efisien, kinerjanya tidak akan mampu mengungguli komputer klasik). Lebih tepatnya, seiring bertambahnya ukuran sirkuit, waktu yang dibutuhkan untuk simulasi dan memori komputer yang dibutuhkan meningkat secara eksponensial. Tidak ada yang bisa dilakukan untuk menghindari hal ini.
Tantangan ini menjadi lebih besar ketika kita menjauh dari sirkuit ideal dan memperhitungkan bahwa sebagian cahaya pasti keluar dari sirkuit. Memasukkan efek realistis seperti itu menambah peningkatan tuntutan komputasi secara kuadratik selain pertumbuhan eksponensial yang ada. Dalam naskah ini, kami memperkenalkan rangkaian algoritme baru yang dapat memperhitungkan efek dunia nyata tanpa menambahkan beban kuadrat ekstra. Hal ini memungkinkan kita untuk mensimulasikan dan mengoptimalkan rangkaian realistis dengan upaya yang sama seperti rangkaian ideal.
โบ data BibTeX
โบ Referensi
[1] Juan Miguel Arrazola dan Thomas R. Bromley. Menggunakan pengambilan sampel Gaussian boson untuk menemukan subgraf padat. Surat Tinjauan Fisik, 121 (3), Juli 2018. 10.1103/โphysrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley, dan Patrick Rebentrost. Optimasi perkiraan kuantum dengan pengambilan sampel Gaussian boson. Tinjauan Fisik A, 98 (1), Juli 2018. 10.1103/โphysreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing, dan Juan Miguel Arrazola. Docking molekul dengan pengambilan sampel Gaussian boson. Kemajuan Sains, 6 (23), Juni 2020a. 10.1126/โsciadv.aax1950.
https://โ/โdoi.org/โ10.1126/โsciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolรกs Quesada, dan Juan Miguel Arrazola. Melatih distribusi pengambilan sampel boson Gaussian. Tinjauan Fisik A, 102 (1): 012417, 2020b. 10.1103/โPhysRevA.102.012417.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012417
[5] J. Eli Bourassa, Rafael N. Alexander, Michael Vasmer, Ashlesha Patil, Ilan Tzitrin, Takaya Matsuura, Daiqin Su, Ben Q. Baragiola, Saikat Guha, Guillaume Dauphinais, dkk. Cetak biru untuk komputer kuantum toleran kesalahan fotonik yang dapat diskalakan. Quantum, 5: 392, 2021. 10.22331/โq-2021-02-04-392.
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2021-02-04-392
[6] Kamil Brรกdler, Pierre-Luc Dallaire-Demers, Patrick Rebentrost, Daiqin Su, dan Christian Weedbrook. Pengambilan sampel boson Gaussian untuk pencocokan sempurna grafik arbitrer. Tinjauan Fisik A, 98 (3), September 2018. 10.1103/โphysreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
[7] Kamil Brรกdler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran, dan Daiqin Su. Grafik isomorfisme dan pengambilan sampel Gaussian boson. Matriks Khusus, 9 (1): 166โ196, Januari 2021. 10.1515/โspma-2020-0132.
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132
[8] Thomas R. Bromley, Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Josh Izaac, Nicolรกs Quesada, Alain D. Gran, Maria Schuld, Jeremy Swinarton, Zeid Zabaneh, dan Nathan Killoran. Penerapan komputer kuantum fotonik jangka pendek: perangkat lunak dan algoritma. Sains dan Teknologi Kuantum, 5 (3): 034010, 2020. 10.1088/โ2058-9565/โab8504.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8504
[9] Jacob FF Bulmer, Bryn A. Bell, Rachel S. Chadwick, Alex E. Jones, Diana Moise, Alessandro Rigazzi, Jan Thorbecke, Utz-Uwe Haus, Thomas Van Vaerenbergh, Raj B. Patel, dkk. Batasan keunggulan kuantum dalam pengambilan sampel boson Gaussian. Kemajuan ilmu pengetahuan, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/โsciadv.abl9236.
https://โ/โdoi.org/โ10.1126/โsciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill dan Roy J. Glauber. Operator kepadatan dan distribusi kuasiprobabilitas. Tinjauan Fisik, 177 (5): 1882, 1969. 10.1103/โPhysRev.177.1882.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882
[11] Kosuke Fukui, Shuntaro Takeda, Mamoru Endo, Warit Asavanant, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock, dan Akira Furusawa. Pencarian backcasting yang efisien untuk sintesis keadaan kuantum optik. Fis. Pendeta Lett., 128: 240503, Juni 2022. 10.1103/โPhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry dan Peter L. Knight. Optik kuantum pengantar. Pers universitas Cambridge, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev, dan John Preskill. Mengkodekan qubit dalam osilator. Fis. Rev.A, 64: 012310, Juni 2001. 10.1103/โPhysRevA.64.012310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310
[14] Craig S. Hamilton, Regina Kruse, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn, dan Igor Jex. Pengambilan sampel boson Gaussian. Fis. Pendeta Lett., 119: 170501, Oktober 2017. 10.1103/โPhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh dan Man-Hong Yung. Pengambilan sampel boson vibronik: Pengambilan sampel boson Gaussian umum untuk spektrum vibronik molekuler pada suhu terbatas. Laporan Ilmiah, 7 (1), Agustus 2017. 10.1038/โs41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolรกs Quesada, dan Nathan Killoran. Proses titik dengan pengambilan sampel Gaussian boson. Review Fisik E, 101 (2), Februari 2020. 10.1103/โphysreve.101.022134.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreve.101.022134
[17] Regina Kruse, Craig S. Hamilton, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn, dan Igor Jex. Studi rinci tentang pengambilan sampel Gaussian boson. Fis. Rev.A, 100: 032326, September 2019. 10.1103/โPhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto dan Nicolรกs Quesada. Optimalisasi cepat sirkuit optik kuantum berparametri. Quantum, 4: 366, 2020. 10.22331/โq-2020-11-30-366.
https:/โ/โdoi.org/โ10.22331/โq-2020-11-30-366
[19] Changhun Oh, Minzhao Liu, Yuri Alexeev, Bill Fefferman, dan Liang Jiang. Algoritma jaringan tensor untuk mensimulasikan pengambilan sampel Gaussian boson eksperimental. arXiv pracetak arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/โarXiv.2306.03709.
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Nicolas Quesada. Faktor Franck-Condon dengan menghitung pencocokan sempurna grafik dengan loop. Jurnal fisika kimia, 150 (16): 164113, 2019. 10.1063/โ1.5086387.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5086387
[21] Nicolรกs Quesada, Luke G. Helt, Josh Izaac, Juan Miguel Arrazola, Reihaneh Shahrokhshahi, Casey R. Myers, dan Krishna K. Sabapathy. Mensimulasikan persiapan negara non-Gaussian yang realistis. Fis. Rev.A, 100: 022341, Agustus 2019. 10.1103/โPhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac, dan Christian Weedbrook. Produksi gerbang kuantum universal fotonik ditingkatkan dengan pembelajaran mesin. Fis. Rev.A, 100: 012326, Juli 2019. 10.1103/โPhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac, dan Nathan Killoran. Mengevaluasi gradien analitik pada perangkat keras kuantum. Fis. Pdt.A, 99 (3): 032331, 2019. 10.1103/โPhysRevA.99.032331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
[24] Maria Schuld, Kamil Brรกdler, Robert Israel, Daiqin Su, dan Brajesh Gupt. Mengukur kemiripan grafik dengan Gaussian boson sampler. Review Fisik A, 101 (3), Maret 2020. 10.1103/โphysreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers, dan Krishna K. Sabapathy. Konversi negara bagian Gaussian ke negara bagian non-Gaussian menggunakan detektor penyelesaian bilangan foton. Fis. Pdt. A, 100: 052301, November 2019a. 10.1103/โPhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers, dan Krishna K. Sabapathy. Pembuatan keadaan fotonik non-Gaussian dengan mengukur keadaan Gaussian multimode. arXiv pracetak arXiv:1902.02331, 2019b. 10.48550/โarXiv.1902.02331.
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.1902.02331
arXiv: 1902.02331
[27] Kan Takase, Jun-ichi Yoshikawa, Warit Asavanant, Mamoru Endo, dan Akira Furusawa. Pembuatan status kucing Schrรถdinger optik dengan pengurangan foton umum. Fis. Rev.A, 103: 013710, Januari 2021. 10.1103/โPhysRevA.103.013710.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.013710
[28] Kan Takase, Kosuke Fukui, Akito Kawasaki, Warit Asavanant, Mamoru Endo, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock, dan Akira Furusawa. Pemuliaan Gaussian untuk mengkodekan qubit dalam menyebarkan cahaya. arXiv pracetak arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/โarXiv.2212.05436.
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Teknologi Kuantum Xanadu. Tuan Mustard. https:/โ/โgithub.com/โXanaduAI/โMrMustard, 2022.
https:/โ/โgithub.com/โXanaduAI/โMrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci, dan Krishna K. Sabapathy. Kemajuan menuju komputasi qubit praktis menggunakan perkiraan kode Gottesman-Kitaev-Preskill. Fis. Rev.A, 101: 032315, Maret 2020. 10.1103/โPhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto, dan Nicolรกs Quesada. Representasi rekursif mekanika kuantum Gaussian. arXiv pracetak arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/โarXiv.2209.06069.
https://โ/โdoi.org/โ10.48550/โarXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Dikutip oleh
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz, dan Xi Chen, โAlgoritma optimasi kuantum counterdiabatic fotonikโ, arXiv: 2307.14853, (2023).
Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2023-08-30 03:00:49). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.
On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2023-08-30 03:00:47).
Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Otomotif / EV, Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- ChartPrime. Tingkatkan Game Trading Anda dengan ChartPrime. Akses Di Sini.
- BlockOffset. Modernisasi Kepemilikan Offset Lingkungan. Akses Di Sini.
- Sumber: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :adalah
- :bukan
- :Di mana
- 1
- 10
- 100
- 11
- 12
- 121
- 13
- 14
- 15%
- 150
- 16
- 17
- 19
- 20
- 2001
- 2005
- 2017
- 2018
- 2019
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26%
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 49
- 7
- 8
- 9
- 98
- a
- Sanggup
- atas
- ABSTRAK
- mengakses
- Akun
- menambahkan
- Menambahkan
- kemajuan
- uang muka
- Keuntungan
- afiliasi
- AL
- alex
- Alexander
- algoritma
- algoritma
- Semua
- memungkinkan
- an
- Analitik
- dan
- aplikasi
- pendekatan
- kira-kira
- ADALAH
- AS
- At
- pada bulan Agustus
- Agustus
- penulis
- penulis
- jauh
- Larangan
- BE
- menjadi
- menjadi
- sebelum
- makhluk
- Bel
- ben
- tagihan
- Blok
- Higgs
- kedua
- batas
- Istirahat
- Bangunan
- by
- menghitung
- menghitung
- cambridge
- CAN
- kasus
- casey
- KUCING
- pusat
- menantang
- menantang
- kimia
- chen
- Chicago
- Christine
- Christopher
- Kode
- komentar
- Ruang makan besar
- sebanding
- lengkap
- kompleks
- kompleksitas
- komputasi
- komputer
- komputer
- komputasi
- Konversi
- hak cipta
- bisa
- perhitungan
- Craig
- sangat penting
- Cangkir
- Daniel
- data
- tuntutan
- Departemen
- dirancang
- terperinci
- terdeteksi
- Deteksi
- membahas
- distribusi
- do
- dua
- e
- E&T
- efek
- efisien
- efisien
- usaha
- ditingkatkan
- melarikan diri
- terutama
- mengevaluasi
- Bahkan
- ada
- eksperimental
- eksponensial
- Pertumbuhan eksponensial
- eksponensial
- tambahan
- faktor
- keluarga
- FAST
- Februari
- Februari 2020
- bidang
- angka-angka
- Akhirnya
- Menemukan
- Pertama
- Untuk
- ditemukan
- dari
- penuh
- secara fundamental
- Gates
- menghasilkan
- generasi
- gradien
- grafik
- grafik
- lebih besar
- Kelompok
- Tumbuh
- tumbuh
- Pertumbuhan
- Hamilton
- Perangkat keras
- harvard
- Memiliki
- pemegang
- Namun
- HTTPS
- i
- ideal
- if
- gambar
- diimplementasikan
- in
- termasuk
- menggabungkan
- Meningkatkan
- mau tak mau
- ING
- Lembaga
- lembaga
- menarik
- Internasional
- ke
- memperkenalkan
- pengantar
- Israel
- jan
- Januari
- Januari 2021
- JavaScript
- John
- jones
- majalah
- juan
- Juli
- Juni
- Ksatria
- besar
- lebih besar
- Terakhir
- pengetahuan
- Meninggalkan
- Perpustakaan
- Lisensi
- cahaya
- 'like'
- linda
- Daftar
- sedikit
- memuat
- mesin
- Mesin belajar
- membuat
- banyak
- March
- Maret 2020
- Maria
- tanda
- bahan
- max-width
- Mungkin..
- ukur
- mekanika
- Memori
- Metrologi
- Michael
- mode
- mode
- molekuler
- Bulan
- lebih
- pindah
- dibutuhkan
- jaringan
- New
- Nicolas
- tidak
- November
- jumlah
- Oktober
- of
- Penawaran
- oh
- on
- ONE
- yang
- Buka
- open source
- operator
- optik
- optimasi
- Optimize
- mengoptimalkan
- or
- asli
- kami
- Mengungguli
- halaman
- kertas
- Paris
- bagian
- tertentu
- patrick
- paul
- sempurna
- Petrus
- fisik
- Secara fisik
- Fisika
- sangat penting
- Tempat
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- Bermain
- Titik
- potensi
- Praktis
- tepat
- persiapan
- Mempersiapkan
- kehadiran
- pers
- Masalah
- proses
- Produksi
- Kemajuan
- memberikan
- diterbitkan
- penerbit
- penerbit
- Qi
- kuadrat
- Kuantum
- keuntungan kuantum
- Komputer Kuantum
- komputer kuantum
- komputasi kuantum
- Mekanika kuantum
- Optik kuantum
- qubit
- R
- Rafael
- agak
- siap
- dunia nyata
- realistis
- menyadari
- Rekursif
- referensi
- mengandalkan
- sisa
- diganti
- laporan
- perwakilan
- wajib
- penelitian
- menyelesaikan
- Sumber
- menghormati
- ulasan
- ROBERT
- Peran
- roy
- s
- sama
- terukur
- skema
- Ilmu
- Sains dan Teknologi
- ilmiah
- Pencarian
- September
- melayani
- menampilkan
- mirip
- Ukuran
- Perangkat lunak
- beberapa
- Space
- khusus
- Negara
- Negara
- Belajar
- subgraph
- berhasil
- seperti itu
- cocok
- melampaui
- memecahkan
- Mengambil
- Teknologi
- Teknologi
- dari
- bahwa
- Grafik
- mereka
- teoretis
- Sana.
- Ini
- mereka
- ini
- waktu
- Judul
- untuk
- puncak
- toronto
- terhadap
- Pelatihan
- Dua kali
- bawah
- Universal
- universitas
- University of Chicago
- diperbarui
- URL
- us
- menggunakan
- bekas
- menggunakan
- Versi
- volume
- ingin
- adalah
- we
- BAIK
- ketika
- yang
- dengan
- tanpa
- bekerja
- xi
- tahun
- Yuan
- zephyrnet.dll