Bayangan klasik berdasarkan pengukuran yang terjerat secara lokal

Bayangan klasik berdasarkan pengukuran yang terjerat secara lokal

Matteo Ipoliti

Departemen Fisika, Universitas Texas di Austin, Austin, TX 78712, AS
Departemen Fisika, Universitas Stanford, Stanford, CA 94305, AS

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Kami mempelajari protokol bayangan klasik berdasarkan pengukuran acak dalam basis terjerat $n$-qubit, menggeneralisasi protokol pengukuran acak Pauli ($n = 1$). Kami menunjukkan bahwa pengukuran yang terjerat ($ngeq 2$) memungkinkan pertukaran yang tidak sepele dan berpotensi menguntungkan dalam kompleksitas sampel dalam mempelajari nilai ekspektasi Pauli. Hal ini diilustrasikan secara tajam oleh bayangan berdasarkan pengukuran Bell dua qubit: penskalaan kompleksitas sampel dengan bobot Pauli $k$ meningkat secara kuadrat (dari $sim 3^k$ menjadi $sim 3^{k/2}$) bagi banyak orang operator, sementara yang lain menjadi mustahil untuk dipelajari. Menyesuaikan jumlah keterjeratan dalam basis pengukuran mendefinisikan rangkaian protokol yang melakukan interpolasi antara bayangan Pauli dan Bell, dengan mempertahankan beberapa manfaat dari keduanya. Untuk $n$ besar, kami menunjukkan bahwa pengukuran acak dalam basis $n$-qubit GHZ semakin meningkatkan penskalaan terbaik ke $sim (3/2)^k$, meskipun pada serangkaian operator yang semakin terbatas. Terlepas dari kesederhanaannya dan persyaratan perangkat keras yang lebih rendah, protokol-protokol ini dapat menyamai atau mengungguli โ€œbayangan dangkalโ€ yang baru-baru ini diperkenalkan dalam beberapa tugas estimasi Pauli yang praktis relevan.

โ–บ data BibTeX

โ–บ Referensi

[1] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng, and John Preskill. "Memprediksi banyak properti sistem kuantum dari pengukuran yang sangat sedikit". Fisika Alam 16, 1050โ€“1057 (2020).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41567-020-0932-7

[2] Andreas Elben, Steven T. Flammia, Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng, John Preskill, Benoit Vermersch, dan Peter Zoller. โ€œKotak peralatan pengukuran acakโ€. Tinjauan Alam Fisika 5, 9โ€“24 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s42254-022-00535-2

[3] Charles Hadfield, Sergey Bravyi, Rudy Raymond, dan Antonio Mezzacapo. โ€œPengukuran Quantum Hamiltonian dengan Bayangan Klasik yang Bias Lokalโ€ (2020). arXiv:2006.15788.
arXiv: 2006.15788

[4] Senrui Chen, Wenjun Yu, Pei Zeng, dan Steven T. Flammia. โ€œEstimasi Bayangan yang Kuatโ€. PRX Kuantum 2, 030348 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030348

[5] Atithi Acharya, Siddhartha Saha, dan Anirvan M. Sengupta. โ€œTomografi bayangan berdasarkan ukuran nilai operator positif yang lengkap dan informatifโ€. Tinjauan Fisik A 104, 052418 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.052418

[6] GI Struchalin, Ya. A. Zagorovskii, EV Kovlakov, SS Straupe, dan SP Kulik. โ€œEstimasi Eksperimental Properti Keadaan Kuantum dari Bayangan Klasikโ€. PRX Kuantum 2, 010307 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010307

[7] Ryan Levy, Di Luo, dan Bryan K. Clark. โ€œBayangan klasik untuk tomografi proses kuantum pada komputer kuantum jangka pendekโ€. Penelitian Tinjauan Fisik 6, 013029 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.6.013029

[8] Jonathan Kunjummen, Minh C. Tran, Daniel Carney, dan Jacob M. Taylor. โ€œTomografi proses bayangan saluran kuantumโ€. Tinjauan Fisik A 107, 042403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.042403

[9] Hsin-Yuan Huang. โ€œMempelajari keadaan kuantum dari bayangan klasiknyaโ€. Tinjauan Alam Fisika 4, 81โ€“81 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s42254-021-00411-5

[10] Kianna Wan, William J. Huggins, Joonho Lee, dan Ryan Babbush. โ€œBayangan Matchgate untuk Simulasi Kuantum Fermionikโ€. Komunikasi dalam Fisika Matematika 404, 629โ€“700 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹s00220-023-04844-0

[11] Kaifeng Bu, Dax Enshan Koh, Roy J. Garcia, dan Arthur Jaffe. "Bayangan klasik dengan ansambel kesatuan invarian Pauli". npj Informasi Kuantum 10, 1โ€“7 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00801-w

[12] H. Chau Nguyen, Jan Lennart Bonsel, Jonathan Steinberg, dan Otfried Guhne. โ€œMengoptimalkan Tomografi Bayangan dengan Pengukuran Umumโ€. Surat Tinjauan Fisik 129, 220502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220502

[13] Dax Enshan Koh dan Sabee Grewal. โ€œBayangan Klasik Dengan Kebisinganโ€. Kuantum 6, 776 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2022-08-16-776

[14] Daniel Grier, Hakop Pashayan, dan Luke Schaeffer. โ€œContoh bayangan klasik optimal untuk keadaan murniโ€ (2022). arXiv:2211.11810.
arXiv: 2211.11810

[15] Simon Becker, Nilanjana Datta, Ludovico Lami, dan Cambyse Rouze. โ€œTomografi bayangan klasik untuk sistem kuantum variabel kontinuโ€ (2022). arXiv:2211.07578.
arXiv: 2211.07578

[16] Alireza Seif, Ze-Pei Cian, Sisi Zhou, Senrui Chen, dan Liang Jiang. โ€œDistilasi Bayangan: Mitigasi Kesalahan Kuantum dengan Bayangan Klasik untuk Prosesor Kuantum Jangka Pendekโ€. PRX Kuantum 4, 010303 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010303

[17] Katherine Van Kirk, Jordan Cotler, Hsin-Yuan Huang, dan Mikhail D. Lukin. โ€œPembelajaran hemat perangkat keras pada keadaan banyak benda kuantumโ€ (2022). arXiv:2212.06084.
arXiv: 2212.06084

[18] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, dkk. โ€œSupremasi kuantum menggunakan prosesor superkonduktor yang dapat diprogramโ€. Alam 574, 505โ€“510 (2019).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41586-019-1666-5

[19] Ehud Altman, Kenneth R. Brown, Giuseppe Carleo, Lincoln D. Carr, Eugene Demler, Cheng Chin, Brian DeMarco, Sophia E. Economou, dkk. โ€œSimulator Quantum: Arsitektur dan Peluangโ€. PRX Kuantum 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, dkk. โ€œFase kuantum materi pada simulator kuantum 256 atom yang dapat diprogramโ€. Alam 595, 227โ€“232 (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41586-021-03582-4

[21] Xiao Mi, Pedram Roushan, Chris Quintana, Salvatore Mandra, Jeffrey Marshall, Charles Neill, Frank Arute, Kunal Arya, dkk. โ€œInformasi berebut di sirkuit kuantumโ€. Sains 374, 1479โ€“1483 (2021).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1126/โ€‹science.abg5029

[22] Tiff Brydges, Andreas Elben, Petar Jurcevic, Benoit Vermersch, Christine Maier, Ben P. Lanyon, Peter Zoller, Rainer Blatt, dkk. โ€œMenyelidiki entropi keterjeratan Renyi melalui pengukuran acakโ€. Sains 364, 260โ€“263 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aau4963

[23] A. Elben, B. Vermersch, CF Roos, dan P. Zoller. โ€œKorelasi statistik antara pengukuran acak lokal: Kotak peralatan untuk menyelidiki keterjeratan dalam keadaan kuantum banyak bendaโ€. Fis. Pdt.A 99, 052323 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052323

[24] Ahmed A. Akhtar, Hong-Ye Hu, dan Yi-Zhuang You. โ€œTomografi Bayangan Klasik yang Skalabel dan Fleksibel dengan Jaringan Tensorโ€. Kuantum 7, 1026 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2023-06-01-1026

[25] Christian Bertoni, Jonas Haferkamp, โ€‹โ€‹Marcel Hinsche, Marios Ioannou, Jens Eisert, dan Hakop Pashayan. โ€œBayangan dangkal: Estimasi ekspektasi menggunakan sirkuit Clifford acak dengan kedalaman rendahโ€ (2022). arXiv:2209.12924.
arXiv: 2209.12924

[26] Mirko Arienzo, Markus Heinrich, Ingo Roth, dan Martin Kliesch. โ€œEkspresi analitik bentuk tertutup untuk estimasi bayangan dengan sirkuit batu bataโ€. Informasi dan Komputasi Kuantum 23, 961 (2023).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC23.11-12-5

[27] Matteo Ippoliti, Yaodong Li, Tibor Rakovszky, dan Vedika Khemani. โ€œRelaksasi Operator dan Kedalaman Bayangan Klasik yang Optimalโ€. Surat Tinjauan Fisik 130, 230403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.230403

[28] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng, dan John Preskill. โ€œEstimasi Efisien dari Pengamatan Pauli dengan Derandomisasiโ€. Surat Tinjauan Fisik 127, 030503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.030503

[29] Jutho Haegeman, David Perez-Garcia, Ignacio Cirac, dan Norbert Schuch. โ€œParameter Urutan untuk Fase Terlindungi Simetri dalam Satu Dimensiโ€. Surat Tinjauan Fisik 109, 050402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050402

[30] H.Bombin. โ€œPengantar Kode Kuantum Topologiโ€ (2013). arXiv:1311.0277.
arXiv: 1311.0277

[31] DJ Tanpamu. โ€œPertukaran 3He padat dan Heisenberg Hamiltonianโ€. Prosiding Masyarakat Fisik 86, 893 (1965).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹0370-1328/โ€‹86/โ€‹5/โ€‹301

[32] Alexander Altland dan Ben D.Simons. โ€œTeori Medan Materi Terkondensasiโ€. Pers Universitas Cambridge. Cambridge (2010). edisi ke-2.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511789984

[33] Debanjan Chowdhury, Suvrat Raju, Subir Sachdev, Ajay Singh, dan Philipp Strack. "Korelator multipoint teori medan konformal: Implikasinya terhadap transpor kritis kuantum". Tinjauan Fisik B 87, 085138 (2013).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.87.085138

[34] I. Kukuljan, S. Sotiriadis, dan G. Takacs. โ€œFungsi korelasi model kuantum sinus-gordon masuk dan keluar dari kesetimbanganโ€. Fis. Pendeta Lett. 121, 110402 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.110402

[35] Fabian B. Kugler, Seung-Sup B. Lee, dan Jan von Delft. โ€œFungsi korelasi multipoint: Representasi spektral dan evaluasi numerikโ€. Fis. Pdt. X 11, 041006 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041006

[36] Hong-Ye Hu, Soonwon Choi, dan Yi-Zhuang You. โ€œTomografi bayangan klasik dengan dinamika kuantum yang diacak secara lokalโ€. Penelitian Tinjauan Fisik 5, 023027 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.5.023027

[37] Yi-Zhuang You dan Yingfei Gu. "Fitur keterjeratan dinamika Hamiltonian acak". Tinjauan Fisik B 98, 014309 (2018).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.98.014309

[38] Wei-Ting Kuo, AA Akhtar, Daniel P. Arovas, dan Yi-Zhuang You. โ€œDinamika Keterikatan Markovian dalam Evolusi Kuantum yang Diacak Secara Lokalโ€. Tinjauan Fisik B 101, 224202 (2020).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1103/โ€‹PhysRevB.101.224202

[39] Matteo Ippoliti dan Vedika Khemani. โ€œTransisi pembelajaran dalam dinamika kuantum yang dipantau melalui bayangan klasik penyadapโ€ (2023). arXiv:2307.15011.
arXiv: 2307.15011

[40] Peter Shor dan Raymond Laflamme. โ€œAnalog Kuantum Identitas MacWilliams untuk Teori Pengkodean Klasikโ€. Surat Tinjauan Fisik 78, 1600โ€“1602 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.1600

[41] ChunJun Cao, Michael J. Gullans, Brad Lackey, dan Zitao Wang. โ€œPaket Ekspansi Quantum Lego: Enumerator dari Tensor Networksโ€ (2023). arXiv:2308.05152.
arXiv: 2308.05152

[42] Daniel Miller, Daniel Loss, Ivano Tavernelli, Hermann Kampermann, Dagmar Bruss, dan Nikolai Wyderka. โ€œDistribusi status grafik Shor-Laflamme dan ketahanan keterjeratan kebisinganโ€. Jurnal Fisika A: Matematika dan Teoritis 56, 335303 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹1751-8121/โ€‹ace8d4

[43] Ikko Hamamura dan Takashi Imamichi. "Evaluasi yang efisien dari pengamatan kuantum menggunakan pengukuran terjerat". npj Quantum Information 6, 1โ€“8 (2020).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41534-020-0284-2

[44] Ruho Kondo, Yuki Sato, Satoshi Koide, Seiji Kajita, dan Hideki Takamatsu. โ€œEkspektasi Kuantum yang Efisien Secara Komputasi dengan Pengukuran Lonceng yang Diperluasโ€. Kuantum 6, 688 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2022-04-13-688

[45] Francisco Escudero, David Fernandez-Fernandez, Gabriel Jauma, Guillermo F. โ€‹โ€‹Penas, dan Luciano Pereira. โ€œPengukuran Keterjeratan yang Efisien Perangkat Keras untuk Algoritma Kuantum Variasionalโ€. Tinjauan Fisik Diterapkan 20, 034044 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.20.034044

[46] Zhang Jiang, Amir Kalev, Wojciech Mruczkiewicz, and Hartmut Neven. "Pemetaan fermion-ke-qubit yang optimal melalui pohon terner dengan aplikasi untuk mengurangi pembelajaran keadaan kuantum". Kuantum 4, 276 (2020).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2020-06-04-276

[47] Ruben Verresen. โ€œSemuanya adalah model kuantum Isingโ€ (2023). arXiv:2301.11917.
arXiv: 2301.11917

[48] Charles Hadfield. โ€œBayangan Pauli Adaptif untuk Estimasi Energiโ€ (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207

[49] Stefan Hillmich, Charles Hadfield, Rudy Raymond, Antonio Mezzacapo, dan Robert Wille. โ€œDiagram Keputusan Pengukuran Kuantum dengan Sirkuit Dangkalโ€. Pada Konferensi Internasional IEEE tentang Komputasi dan Teknik Kuantum (QCE) tahun 2021. Halaman 24โ€“34. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE52317.2021.00018

[50] Tzu-Ching Yen, Aadithya Ganeshram, dan Artur F. Izmaylov. โ€œPeningkatan deterministik pengukuran kuantum dengan pengelompokan operator yang kompatibel, transformasi non-lokal, dan estimasi kovariansโ€. npj Informasi Kuantum 9, 1โ€“7 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00683-y

[51] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang, and Xiao Yuan. "Pengukuran pengelompokan yang tumpang tindih: Kerangka kerja terpadu untuk mengukur keadaan kuantum". Kuantum 7, 896 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2023-01-13-896

[52] Minh C. Tran, Daniel K. Mark, Wen Wei Ho, dan Soonwon Choi. โ€œMengukur Sifat Fisika Sewenang-wenang dalam Simulasi Kuantum Analogโ€. Tinjauan Fisik X 13, 011049 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.011049

[53] Max McGinley dan Michele Fava. โ€œTomografi Bayangan dari Desain Keadaan Muncul dalam Simulator Kuantum Analogโ€. Surat Tinjauan Fisik 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, dkk. โ€œMempersiapkan keadaan acak dan melakukan benchmarking dengan kekacauan kuantum banyak bendaโ€. Alam 613, 468โ€“473 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41586-022-05442-1

[55] Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark, Hsin-Yuan Huang, Felipe Hernandez, Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Manuel Endres, dan Soonwon Choi. โ€œDesain Keadaan Kuantum yang Muncul dari Fungsi Gelombang Banyak Benda Individuโ€. PRX Kuantum 4, 010311 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010311

[56] Wen Wei Ho dan Soonwon Choi. "Desain Negara Kuantum yang Muncul Tepat dari Dinamika Kekacauan Kuantum". Surat Tinjauan Fisik 128, 060601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.060601

[57] Pieter W. Claeys dan Austen Lamacraft. "Desain keadaan kuantum yang muncul dan biunitaritas dalam dinamika sirkuit kesatuan ganda". Kuantum 6, 738 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2022-06-15-738

[58] Matteo Ippoliti dan Wen Wei Ho. โ€œPemurnian Dinamis dan Munculnya Desain Keadaan Kuantum dari Proyeksi Ensembleโ€. PRX Kuantum 4, 030322 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.030322

[59] Matteo Ippoliti dan Wen Wei Ho. โ€œModel termalisasi dalam yang dapat dipecahkan dengan waktu desain yang berbedaโ€. Kuantum 6, 886 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2022-12-29-886

[60] Pieter W. Claeys. โ€œUniversalitas dalam snapshot kuantumโ€. Tampilan Kuantum 7, 71 (2023).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹qv-2023-01-27-71

Dikutip oleh

[1] Benoรฎt Vermersch, Marko Ljubotina, J. Ignacio Cirac, Peter Zoller, Maksym Serbyn, dan Lorenzo Piroli, โ€œEntropi banyak benda dan keterjeratan dari pengukuran lokal yang banyak secara polinomialโ€, arXiv: 2311.08108, (2023).

[2] Matteo Ippoliti dan Vedika Khemani, โ€œTransisi pembelajaran dalam dinamika kuantum yang dipantau melalui bayangan klasik penyadapโ€, arXiv: 2307.15011, (2023).

[3] Bujiao Wu dan Dax Enshan Koh, โ€œBayangan klasik fermionik yang dimitigasi kesalahan pada perangkat kuantum yang bisingโ€, arXiv: 2310.12726, (2023).

[4] Dominik ล afrรกnek dan Dario Rosa, โ€œMengukur energi dengan mengukur hal lain yang dapat diamatiโ€, Ulasan Fisik A 108 2, 022208 (2023).

[5] Arkopal Dutt, William Kirby, Rudy Raymond, Charles Hadfield, Sarah Sheldon, Isaac L. Chuang, dan Antonio Mezzacapo, โ€œPembandingan Praktis Metode Pengukuran Acak untuk Kimia Kuantum Hamiltoniansโ€, arXiv: 2312.07497, (2023).

[6] Tianren Gu, Xiao Yuan, dan Bujiao Wu, โ€œSkema pengukuran yang efisien untuk sistem bosonikโ€, Sains dan Teknologi Kuantum 8 4, 045008 (2023).

[7] Yuxuan Du, Yibo Yang, Tongliang Liu, Zhouchen Lin, Bernard Ghanem, dan Dacheng Tao, โ€œShadowNet untuk Pembelajaran Sistem Kuantum Berpusat Dataโ€, arXiv: 2308.11290, (2023).

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2024-03-23 10:25:55). 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 2024-03-23 10:25:53).

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum