Ottimizzazione teorica dei grafi della generazione di stati dei grafi basata sulla fusione

Ottimizzazione teorica dei grafi della generazione di stati dei grafi basata sulla fusione

Timestamp: 20 dicembre 2023 9:41

Seok-Hyung Lee1,2 e Hyunseok Jeong1

1Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università Nazionale di Seoul, Seoul 08826, Repubblica di Corea
2Centre for Engineered Quantum Systems, Scuola di Fisica, Università di Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia

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Astratto

Gli stati dei grafici sono risorse versatili per varie attività di elaborazione delle informazioni quantistiche, tra cui il calcolo quantistico basato su misurazioni e i ripetitori quantistici. Sebbene il gate di fusione di tipo II consenta la generazione completamente ottica di stati del grafico combinando piccoli stati del grafico, la sua natura non deterministica ostacola la generazione efficiente di stati del grafico di grandi dimensioni. In questo lavoro, presentiamo una strategia teorica dei grafi per ottimizzare efficacemente la generazione basata sulla fusione di qualsiasi dato stato del grafo, insieme a un pacchetto Python OptGraphState. La nostra strategia comprende tre fasi: semplificazione dello stato del grafico target, costruzione di una rete di fusione e determinazione dell'ordine delle fusioni. Utilizzando questo metodo proposto, valutiamo i costi generali delle risorse di grafici casuali e vari grafici ben noti. Inoltre, indaghiamo la probabilità di successo della generazione dello stato del grafico dato un numero limitato di stati delle risorse disponibili. Ci aspettiamo che la nostra strategia e il nostro software assistano i ricercatori nello sviluppo e nella valutazione di schemi sperimentalmente fattibili che utilizzano stati del grafico fotonico.

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Immagine in primo piano: esempio di un grafico svelato e della corrispondente rete di fusione, derivato dallo stato del grafico originale utilizzando la nostra strategia proposta. Il grafico svelato, una variante semplificata dell'originale, produce lo stesso stato del grafico dopo l'applicazione di specifiche porte di Clifford locali e fusioni di tipo II. La rete di fusione rappresenta una disposizione sistematica degli stati delle risorse di base, che istruisce le fusioni necessarie per ricostruire lo stato del grafico originale.

Riepilogo popolare

Gli stati del grafico, che sono stati quantistici in cui i qubit sono intrecciati in un modo indicato da una struttura del grafico, sono stati di risorse versatili per l’informatica e la comunicazione quantistica. In particolare, gli stati dei grafici nei sistemi fotonici possono essere utilizzati per il calcolo quantistico basato su misurazioni e per il calcolo quantistico basato sulla fusione, che sono candidati promettenti per il calcolo quantistico a tolleranza di errore a breve termine. In questo lavoro, proponiamo un metodo per costruire stati arbitrari del grafico fotonico a partire dagli stati iniziali delle risorse di base a tre fotoni. Ciò si ottiene attraverso una serie di operazioni di “fusione”, in cui gli stati del grafico più piccoli vengono uniti probabilisticamente in stati più grandi tramite misurazioni di fotoni specifici. Il nucleo della nostra strategia è un quadro teorico dei grafi progettato per ridurre al minimo i requisiti di risorse di questo processo, migliorando l’efficienza e la fattibilità.

► dati BibTeX

► Riferimenti

, M. Hein, W. Dür, J. Eisert, R. Raussendorf, M. Van den Nest e H.-J. Briegel. “Entanglement negli stati dei grafi e sue applicazioni”. In computer quantistici, algoritmi e caos. Pagine 115–218. Stampa dell'IOS (2006).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​0602096
arXiv: Quant-ph / 0602096

, Robert Raussendorf e Hans J. Briegel. "Un computer quantistico unidirezionale". Fis. Rev. Lett. 86, 5188–5191 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.86.5188

, Robert Raussendorf, Daniel E. Browne e Hans J. Briegel. "Calcolo quantistico basato sulla misurazione sugli stati dei cluster". Fis. Rev. A 68, 022312 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.68.022312

, R. Raussendorf, J. Harrington e K. Goyal. “Un computer quantistico unidirezionale tollerante ai guasti”. Anna. Fis. 321, 2242–2270 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2006.01.012

, R. Raussendorf, J. Harrington e K. Goyal. "Tolleranza agli errori topologica nel calcolo quantistico dello stato dei cluster". Nuovo J. Phys. 9, 199 (2007).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​9/​6/​199

, Sara Bartolucci, Patrick Birchall, Hector Bombin, Hugo Cable, Chris Dawson, Mercedes Gimeno-Segovia, Eric Johnston, Konrad Kieling, Naomi Nickerson, Mihir Pant, et al. "Calcolo quantistico basato sulla fusione". Naz. Comune. 14, 912 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-36493-1

, D. Schlingemann e RF Werner. "Codici di correzione degli errori quantistici associati ai grafici". Fis. Rev. A 65, 012308 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.012308

, A. Pirker, J. Wallnöfer, HJ Briegel e W. Dür. “Costruzione di risorse ottimali per protocolli quantistici concatenati”. Fis. Rev. A 95, 062332 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.062332

, Damian Markham e Barry C. Sanders. "Stati dei grafici per la condivisione dei segreti quantistici". Fis. Rev. A 78, 042309 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.042309

, B. A. Bell, Damian Markham, D. A. Herrera-Martí, Anne Marin, W. J. Wadsworth, J. G. Rarity e M. S. Tame. "Dimostrazione sperimentale della condivisione segreta quantistica dello stato del grafico". Naz. Comune. 5, 5480 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms6480

, M. Zwerger, W. Dür e HJ Briegel. "Ripetitori quantistici basati sulla misurazione". Fis. Rev. A 85, 062326 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.85.062326

, M. Zwerger, HJ Briegel e W. Dür. "Soglie di errore universali e ottimali per la purificazione dell'entanglement basata su misurazioni". Fis. Rev. Lett. 110, 260503 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.260503

, Koji Azuma, Kiyoshi Tamaki e Hoi-Kwong Lo. “Ripetitori quantistici completamente fotonici”. Naz. Comune. 6, 6787 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms7787

, J. Wallnöfer, M. Zwerger, C. Muschik, N. Sangouard e W. Dür. "Ripetitori quantistici bidimensionali". Fis. Rev. A 94, 052307 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.052307

, Nathan Shettell e Damian Markham. “Gli stati grafici come risorsa per la metrologia quantistica”. Fis. Rev. Lett. 124, 110502 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.124.110502

, Michael A. Nielsen. "Calcolo quantistico ottico utilizzando gli stati dei cluster". Fis. Rev. Lett. 93, 040503 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.040503

, Daniel E. Browne e Terry Rudolph. "Calcolo quantistico ottico lineare efficiente in termini di risorse". Fis. Rev. Lett. 95, 010501 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.010501

, Jeremy C. Adcock, Sam Morley-Short, Joshua W. Silverstone e Mark G. Thompson. "Limiti rigidi alla postselezionabilità degli stati del grafico ottico". Sci quantistica. Tecnologia. 4, 015010 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aae950

, Holger F. Hofmann e Shigeki Takeuchi. "Cancello di fase quantico per qubit fotonici utilizzando solo divisori di fascio e postselezione". Fis. Rev. A 66, 024308 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.66.024308

, TC Ralph, NK Langford, TB Bell e AG White. “Porta NON controllata ottica lineare in base alla coincidenza”. Fis. Rev. A 65, 062324 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.062324

, Ying Li, Peter C. Humphreys, Gabriel J. Mendoza e Simon C. Benjamin. "Costi delle risorse per il calcolo quantistico ottico lineare tollerante ai guasti". Fis. Rev.X5, 041007 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.5.041007

, Samuel L. Braunstein e A. Mann. “Misura dell'operatore Bell e teletrasporto quantistico”. Fis. Rev. A 51, R1727–R1730 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.51.R1727

, W. P. Grice. "Misurazione arbitrariamente completa dello stato di campana utilizzando solo elementi ottici lineari". Fis. Rev. A 84, 042331 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.84.042331

, Fabian Ewert e Peter van Loock. “Misurazione di campana efficiente a 3/4 dollari con ottica lineare passiva e ancillae non impigliate”. Fis. Rev. Lett. 113, 140403 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.140403

, Seung-Woo Lee, Kimin Park, Timothy C. Ralph e Hyunseok Jeong. "Misurazione quasi deterministica di Bell con entanglement multifotonico per un'efficiente elaborazione delle informazioni quantistiche". Fis. Rev. A 92, 052324 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.052324

, Seung-Woo Lee, Timothy C. Ralph e Hyunseok Jeong. "Elemento fondamentale per reti quantistiche scalabili completamente ottiche". Fis. Rev. A 100, 052303 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052303

, Keisuke Fujii e Yuuki Tokunaga. "Calcolo quantistico topologico unidirezionale tollerante ai guasti con porte probabilistiche a due qubit". Fis. Rev. Lett. 105, 250503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250503

, Ying Li, Sean D. Barrett, Thomas M. Stace e Simon C. Benjamin. "Calcolo quantistico tollerante ai guasti con porte non deterministiche". Fis. Rev. Lett. 105, 250502 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.250502

, H. Jeong, MS Kim e Jinhyoung Lee. "Elaborazione dell'informazione quantistica per uno stato di sovrapposizione coerente tramite un canale coerente misto". Fis. Rev. A 64, 052308 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.052308

, H. Jeong e MS Kim. "Calcolo quantistico efficiente utilizzando stati coerenti". Fis. Rev. A 65, 042305 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.65.042305

, Srikrishna Omkar, Yong Siah Teo e Hyunseok Jeong. "Calcolo quantistico topologico tollerante ai guasti efficiente in termini di risorse con entanglement ibrido di luce". Fis. Rev. Lett. 125, 060501 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.060501

, Srikrishna Omkar, Y. S. Teo, Seung-Woo Lee e Hyunseok Jeong. "Calcolo quantistico altamente tollerante alla perdita di fotoni che utilizza qubit ibridi". Fis. Rev. A 103, 032602 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.032602

, Shuntaro Takeda, Takahiro Mizuta, Maria Fuwa, Peter Van Loock e Akira Furusawa. “Teletrasporto quantistico deterministico di bit quantistici fotonici mediante una tecnica ibrida”. Natura 500, 315–318 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature12366

, Hussain A. Zaidi e Peter van Loock. "Superare la metà del limite delle misurazioni di Bell con ottica lineare senza ancilla". Fis. Rev. Lett. 110, 260501 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.110.260501

, Seok-Hyung Lee, Srikrishna Omkar, Yong Siah Teo e Hyunseok Jeong. "Calcolo quantistico basato sulla codifica di parità con rilevamento degli errori bayesiani". npj Quantum Inf. 9, 39 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-023-00705-9

, Gerald Gilbert, Michael Hamrick e Yaakov S. Weinstein. “Costruzione efficiente di cluster fotonici quantistici-computazionali”. Fis. Rev.A73, 064303 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.064303

, Konrad Kieling, David Gross e Jens Eisert. "Risorse minime per il calcolo ottico lineare unidirezionale". J.Opz. Soc. Sono. B 24, 184–188 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.24.000184

, Maarten Van den Nest, Jeroen Dehaene e Bart De Moor. "Descrizione grafica dell'azione delle trasformazioni locali di Clifford sugli stati dei grafici". Fis. Rev. A 69, 022316 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.022316

, Srikrishna Omkar, Seok-Hyung Lee, Yong Siah Teo, Seung-Woo Lee e Hyunseok Jeong. "Architettura completamente fotonica per l'informatica quantistica scalabile con stati greenberger-horne-zeilinger". PRX Quantum 3, 030309 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.030309

, Michael Varnava, Daniel E. Browne e Terry Rudolph. "Tolleranza alla perdita nel calcolo quantistico unidirezionale tramite correzione degli errori controfattuale". Fis. Rev. Lett. 97, 120501 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.97.120501

, N. Lütkenhaus, J. Calsamiglia e K.-A. Suomine. “Misurazioni delle campane per il teletrasporto”. Fis. Rev. A 59, 3295–3300 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.59.3295

, Michael Varnava, Daniel E. Browne e Terry Rudolph. "Quanto devono essere valide sorgenti e rilevatori di fotoni singoli per un efficiente calcolo quantistico ottico lineare?". Fis. Rev. Lett. 100, 060502 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.100.060502

, C. Schön, E. Solano, F. Verstraete, JI Cirac e MM Wolf. "Generazione sequenziale di stati multiqubit entangled". Fis. Rev. Lett. 95, 110503 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.110503

, Netanel H. Lindner e Terry Rudolph. "Proposta per sorgenti pulsate on-demand di stringhe di stato di cluster fotonici". Fis. Rev. Lett. 103, 113602 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.113602

, I. Schwartz, D. Cogan, E. R. Schmidgall, Y. Don, L. Gantz, O. Kenneth, N. H. Lindner e D. Gershoni. “Generazione deterministica di uno stato di cluster di fotoni entangled”. Scienza 354, 434–437 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aah4758

, Shuntaro Takeda, Kan Takase e Akira Furusawa. "Sintetizzatore di entanglement fotonico su richiesta". Progressi scientifici 5, eaaw4530 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aaw4530

, Philip Thomas, Leonardo Ruscio, Olivier Morin e Gerhard Rempe. "Generazione efficiente di stati grafici multifotonici entangled da un singolo atomo". Natura 608, 677–681 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-04987-5

, John W. Luna e Leo Moser. “Sulle cricche nei grafici”. Isr. J. Matematica. 3, 23–28 (1965).
https: / / doi.org/ 10.1007 / BF02760024

, Eugene L. Lawler, Jan Karel Lenstra e AHG Rinnooy Kan. "Generazione di tutti gli insiemi indipendenti massimali: algoritmi di durezza NP e tempo polinomiale". SIAM J.Comput. 9, 558–565 (1980).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 0209042 mila

, Shuji Tsukiyama, Mikio Ide, Hiromu Ariyoshi e Isao Shirakawa. "Un nuovo algoritmo per generare tutti gli insiemi indipendenti massimali". SIAM J.Comput. 6, 505–517 (1977).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 0206036 mila

, Gabor Csardi e Tamas Nepusz. "Il pacchetto software igraph per la ricerca di reti complesse". Sistemi complessi InterJournal, 1695 (2006). URL: https://​/​igraph.org.
https://​/​igraph.org

, David Eppstein, Maarten Löffler e Darren Strash. "Elenco di tutte le cricche massimali in grafici sparsi in tempi quasi ottimali". Nel Simposio internazionale su algoritmi e calcolo. Pagine 403–414. Springer (2010).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1006.5440

, Aric A. Hagberg, Daniel A. Schult e Pieter J. Swart. "Esplorazione della struttura, delle dinamiche e delle funzioni della rete utilizzando NetworkX". In Gäel Varoquaux, Travis Vaught e Jarrod Millman, redattori, Atti della settima conferenza Python in Science (SciPy7). Pagine 2008–11. Pasadena, California, Stati Uniti (15). url: https://​/​www.osti.gov/​biblio/​2008.
https://​/​www.osti.gov/​biblio/​960616

, Zvi Galil. "Algoritmi efficienti per trovare la massima corrispondenza nei grafici". Calcolo ACM. Sopravv. 18, 23–38 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 6462.6502 mila

, Paul Erdős e Alfred Rényi. “Sui grafici casuali I”. Publicationes mathematicae 6, 290–297 (1959).
https://​/​doi.org/​10.5486/​PMD.1959.6.3-4.12

, TC Ralph, AJF Hayes e Alexei Gilchrist. "Qubit ottici tolleranti alla perdita". Fis. Rev. Lett. 95, 100501 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.100501

, Sean D. Barrett e Thomas M. Stace. "Calcolo quantistico tollerante ai guasti con soglia molto alta per gli errori di perdita". Fis. Rev. Lett. 105, 200502 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.105.200502

, James M. Auger, Hussain Anwar, Mercedes Gimeno-Segovia, Thomas M. Stace e Dan E. Browne. "Calcolo quantistico tollerante agli errori con porte entanglement non deterministiche". Fis. Rev. A 97, 030301 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.030301

, GB Arfken, HJ Weber e FE Harris. "Metodi matematici per i fisici: una guida completa". Elsevier Science. (2011). URL: https://​/​books.google.co.kr/​books?id=JOpHkJF-qcwC.
https://​/​books.google.co.kr/​books?id=JOpHkJF-qcwC

, Maarten Van den Nest, Jeroen Dehaene e Bart De Moor. "Algoritmo efficiente per riconoscere l'equivalenza clifford locale degli stati del grafico". Fis. Rev.A70, 034302 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.034302

, Axel Dahlberg e Stephanie Wehner. "Trasformazione degli stati del grafico utilizzando operazioni a qubit singolo". Filos. T. Roy. Soc. A376, 20170325 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1098 / rsta.2017.0325

, M. Hein, J. Eisert e HJ Briegel. "Entanglement multipartitico negli stati del grafo". Fis. Rev. A 69, 062311 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.062311

Citato da

[1] Brendan Pankovich, Alex Neville, Angus Kan, Srikrishna Omkar, Kwok Ho Wan e Kamil Brádler, "Generazione di stati flessibili entangled in ottica lineare", arXiv: 2310.06832, (2023).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2023-12-20 14:43:35). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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