1Gruppo di ricerca sulla fotonica, INTEC, Università di Ghent – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Ghent, Belgio
2Télécom Paris e Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Francia
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Canada
4Centro Kadanoff per la Fisica Teorica e Istituto Enrico Fermi, Dipartimento di Fisica, Università di Chicago, Chicago, IL 60637
Trovi questo documento interessante o vuoi discuterne? Scrivi o lascia un commento su SciRate.
Astratto
I circuiti quantistici ottici lineari con rilevatori di risoluzione del numero di fotoni (PNR) vengono utilizzati sia per il campionamento dei bosoni gaussiani (GBS) che per la preparazione di stati non gaussiani come gli stati Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat e NOON. Sono cruciali in molti schemi di calcolo quantistico e metrologia quantistica. L'ottimizzazione classica dei circuiti con rilevatori PNR è impegnativa a causa del loro spazio di Hilbert esponenzialmente ampio e quadraticamente più impegnativa in presenza di decoerenza poiché i vettori di stato vengono sostituiti da matrici di densità. Per affrontare questo problema, introduciamo una famiglia di algoritmi che calcolano le probabilità di rilevamento, gli stati condizionati (nonché i loro gradienti rispetto alle parametrizzazioni del circuito) con una complessità paragonabile al caso silenzioso. Di conseguenza possiamo simulare e ottimizzare circuiti con il doppio del numero di modalità rispetto a prima, utilizzando le stesse risorse. Più precisamente, per un circuito rumoroso in modalità $M$ con modalità rilevate $D$ e modalità non rilevate $U$, la complessità del nostro algoritmo è $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu in mskip2mu D} C_i)$, anziché $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu in mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, dove $C_i$ è il limite Fock della modalità $i$ . Come caso particolare, il nostro approccio offre un'accelerazione quadratica completa per il calcolo delle probabilità di rilevamento, poiché in quel caso vengono rilevate tutte le modalità. Infine, questi algoritmi sono implementati e pronti per l'uso nella libreria di ottimizzazione fotonica open source MrMustard.
Le versioni animate di alcune figure del manoscritto (GIF) sono incluse nei Materiali Supplementari.
Riepilogo popolare
Gli scienziati possono fare affidamento sui computer classici per simulare e ottimizzare questi circuiti. Tuttavia, tali simulazioni numeriche sono fondamentalmente impegnative, soprattutto quando le dimensioni del circuito crescono (se i circuiti quantistici potessero essere simulati in modo efficiente, non sarebbero in grado di superare le prestazioni dei computer classici). Più precisamente, man mano che i circuiti diventano più grandi, sia il tempo necessario per le simulazioni che la memoria del computer richiesta aumentano in modo esponenziale. C’è poco che si possa fare per sfuggire a tutto ciò.
Questa sfida diventa ancora più grande quando ci allontaniamo dai circuiti ideali e teniamo conto che parte della luce inevitabilmente fuoriesce dal circuito. Incorporare tali effetti realistici aggiunge un aumento quadratico delle richieste computazionali oltre alla crescita esponenziale esistente. In questo manoscritto introduciamo una nuova famiglia di algoritmi che possono tenere conto di tali effetti del mondo reale senza aggiungere il carico quadratico aggiuntivo. Questo ci permette di simulare e ottimizzare circuiti realistici con lo stesso impegno di quelli ideali.
► dati BibTeX
► Riferimenti
, Juan Miguel Arrazola e Thomas R. Bromley. Utilizzo del campionamento di bosoni gaussiani per trovare sottografi densi. Physical Review Letters, 121 (3), luglio 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
, Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley e Patrick Rebentrost. Ottimizzazione quantistica approssimata con campionamento di bosoni gaussiani. Physical Review A, 98 (1), luglio 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
, Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing e Juan Miguel Arrazola. Docking molecolare con campionamento di bosoni gaussiani. Science Advances, 6 (23), giugno 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
, Leonardo Banchi, Nicolás Quesada e Juan Miguel Arrazola. Addestramento delle distribuzioni di campionamento dei bosoni gaussiani. Revisione fisica A, 102 (1): 012417, 2020b. 10.1103/PhysRevA.102.012417.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012417
, J. Eli Bourassa, Rafael N. Alexander, Michael Vasmer, Ashlesha Patil, Ilan Tzitrin, Takaya Matsuura, Daiqin Su, Ben Q. Baragiola, Saikat Guha, Guillaume Dauphinais, et al. Progetto per un computer quantistico scalabile fotonico tollerante ai guasti. Quantum, 5: 392, 2021. 10.22331/q-2021-02-04-392.
https://doi.org/10.22331/q-2021-02-04-392
, Kamil Brádler, Pierre-Luc Dallaire-Demers, Patrick Rebentrost, Daiqin Su e Christian Weedbrook. Campionamento di bosoni gaussiani per abbinamenti perfetti di grafici arbitrari. Physical Review A, 98 (3), settembre 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
, Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran e Daiqin Su. Isomorfismo del grafico e campionamento del bosone gaussiano. Matrici speciali, 9 (1): 166–196, gennaio 2021. 10.1515/spma-2020-0132.
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132
, Thomas R. Bromley, Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Josh Izaac, Nicolás Quesada, Alain D. Gran, Maria Schuld, Jeremy Swinarton, Zeid Zabaneh e Nathan Killoran. Applicazioni di computer quantistici fotonici a breve termine: software e algoritmi. Scienza e tecnologia quantistica, 5 (3): 034010, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8504.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8504
, 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, et al. Il limite per il vantaggio quantistico nel campionamento dei bosoni gaussiani. Progressi scientifici, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
, Kevin E. Cahill e Roy J. Glauber. Operatori di densità e distribuzioni di quasiprobabilità. Physical Review, 177 (5): 1882, 1969. 10.1103/PhysRev.177.1882.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882
, Kosuke Fukui, Shuntaro Takeda, Mamoru Endo, Warit Asavanant, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock e Akira Furusawa. Ricerca efficiente di backcasting per la sintesi ottica dello stato quantistico. Fis. Rev. Lett., 128: 240503, giugno 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
, Christopher C. Gerry e Peter L. Knight. Ottica quantistica introduttiva. Stampa universitaria di Cambridge, 2005.
, Daniel Gottesman, Alexei Kitaev e John Preskill. Codifica di un qubit in un oscillatore. Fis. Rev. A, 64: 012310, giugno 2001. 10.1103/PhysRevA.64.012310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310
, Craig S. Hamilton, Regina Kruse, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn e Igor Jex. Campionamento di bosoni gaussiani. Fis. Rev. Lett., 119: 170501, ottobre 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
, Joonsuk Huh e Man-Hong Yung. Campionamento di bosoni vibronici: campionamento generalizzato di bosoni gaussiani per spettri vibronici molecolari a temperatura finita. Rapporti scientifici, 7 (1), agosto 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
, Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada e Nathan Killoran. Processi puntuali con campionamento di bosoni gaussiani. Physical Review E, 101 (2), febbraio 2020. 10.1103/physreve.101.022134.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreve.101.022134
, Regina Kruse, Craig S. Hamilton, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn e Igor Jex. Studio dettagliato del campionamento dei bosoni gaussiani. Fis. Rev. A, 100: 032326, settembre 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
, Filippo M. Miatto e Nicolás Quesada. Ottimizzazione rapida di circuiti ottici quantistici parametrizzati. Quantum, 4: 366, 2020. 10.22331/q-2020-11-30-366.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-30-366
, Changhun Oh, Minzhao Liu, Yuri Alexeev, Bill Fefferman e Liang Jiang. Algoritmo di rete tensore per la simulazione del campionamento sperimentale di bosoni gaussiani. prestampa arXiv arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
, Nicolas Quesada. Franck-Condon fattorizza contando gli abbinamenti perfetti di grafici con cicli. The Journal of Chemical Physics, 150 (16): 164113, 2019. 10.1063/1.5086387.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5086387 mila
, Nicolás Quesada, Luke G. Helt, Josh Izaac, Juan Miguel Arrazola, Reihaneh Shahrokhshahi, Casey R. Myers e Krishna K. Sabapathy. Simulazione di una preparazione realistica dello stato non gaussiano. Fis. Rev. A, 100: 022341, agosto 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
, Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac e Christian Weedbrook. Produzione di porte quantistiche universali fotoniche potenziate dall'apprendimento automatico. Fis. Rev. A, 100: 012326, luglio 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
, Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac e Nathan Killoran. Valutazione dei gradienti analitici su hardware quantistico. Fis. Rev. A, 99 (3): 032331, 2019. 10.1103/PhysRevA.99.032331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
, Maria Schuld, Kamil Brádler, Robert Israel, Daiqin Su e Brajesh Gupt. Misurare la somiglianza dei grafici con un campionatore di bosoni gaussiani. Physical Review A, 101 (3), marzo 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
, Daiqin Su, Casey R. Myers e Krishna K. Sabapathy. Conversione di stati gaussiani in stati non gaussiani utilizzando rilevatori di risoluzione del numero di fotoni. Fis. Rev. A, 100: 052301, novembre 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
, Daiqin Su, Casey R. Myers e Krishna K. Sabapathy. Generazione di stati fotonici non gaussiani misurando stati gaussiani multimodali. prestampa di arXiv arXiv:1902.02331, 2019b. 10.48550/arXiv.1902.02331.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1902.02331
arXiv: 1902.02331
, Kan Takase, Jun-ichi Yoshikawa, Warit Asavanant, Mamoru Endo e Akira Furusawa. Generazione di stati ottici del gatto di Schrödinger mediante sottrazione generalizzata di fotoni. Fis. Rev. A, 103: 013710, gennaio 2021. 10.1103/PhysRevA.103.013710.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.013710
, Kan Takase, Kosuke Fukui, Akito Kawasaki, Warit Asavanant, Mamoru Endo, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock e Akira Furusawa. Allevamento gaussiano per la codifica di un qubit nella propagazione della luce. arXiv prestampa arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
, Tecnologie quantistiche Xanadu. Signor Senape. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
, Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci e Krishna K. Sabapathy. Progressi verso il calcolo pratico dei qubit utilizzando codici Gottesman-Kitaev-Preskill approssimativi. Fis. Rev. A, 101: 032315, marzo 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
, Yuan Yao, Filippo M. Miatto e Nicolás Quesada. La rappresentazione ricorsiva della meccanica quantistica gaussiana. arXiv prestampa arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Citato da
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz e Xi Chen, "Algoritmo di ottimizzazione quantistica controdiabatica fotonica", arXiv: 2307.14853, (2023).
Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2023-08-30 03:00:49). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.
On Il servizio citato da Crossref non sono stati trovati dati su citazioni (ultimo tentativo 2023-08-30 03:00:47).
Questo documento è pubblicato in Quantum sotto il Creative Commons Attribuzione 4.0 Internazionale (CC BY 4.0) licenza. Il copyright rimane dei detentori del copyright originali come gli autori o le loro istituzioni.
- Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
- PlatoData.Network Generativo verticale Ai. Potenzia te stesso. Accedi qui.
- PlatoAiStream. Intelligenza Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
- PlatoneESG. Automobilistico/VE, Carbonio, Tecnologia pulita, Energia, Ambiente, Solare, Gestione dei rifiuti. Accedi qui.
- Platone Salute. Intelligence sulle biotecnologie e sulle sperimentazioni cliniche. Accedi qui.
- Grafico Prime. Migliora il tuo gioco di trading con ChartPrime. Accedi qui.
- BlockOffset. Modernizzare la proprietà della compensazione ambientale. Accedi qui.
- Fonte: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :È
- :non
- :Dove
- 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
- capace
- sopra
- ABSTRACT
- accesso
- Il mio account
- l'aggiunta di
- Aggiunge
- avanzamento
- avanzamenti
- Vantaggio
- affiliazioni
- AL
- alex
- Alexander
- algoritmo
- Algoritmi
- Tutti
- consente
- an
- Analitico
- ed
- applicazioni
- approccio
- approssimativo
- SONO
- AS
- At
- Agosto
- AGOSTO
- autore
- gli autori
- lontano
- Bandire
- BE
- diventa
- stato
- prima
- essendo
- Campana
- Ben
- Conto
- Blocchi
- Higgs
- entrambi
- confine
- Rompere
- Costruzione
- by
- calcolare
- calcolo
- cambridge
- Materiale
- Custodie
- casey
- CAT
- centro
- Challenge
- impegnativo
- chimico
- chen
- Chicago
- Christine
- Christopher
- codici
- commento
- Popolo
- paragonabile
- completamento di una
- complesso
- complessità
- calcolo
- computer
- computer
- informatica
- Conversione
- copyright
- potuto
- conteggio
- Craig
- cruciale
- Coppa
- Daniel
- dati
- richieste
- Shirts Department
- progettato
- dettagliati
- rilevato
- rivelazione
- discutere
- distribuzioni
- do
- dovuto
- e
- E&T
- effetti
- efficiente
- in modo efficiente
- sforzo
- migliorata
- fuga
- particolarmente
- la valutazione
- Anche
- esistente
- sperimentale
- esponenziale
- Crescita esponenziale
- in modo esponenziale
- extra
- Fattori
- famiglia
- FAST
- Febbraio
- Febbraio 2020
- campo
- Cifre
- Infine
- Trovate
- Nome
- Nel
- essere trovato
- da
- pieno
- fondamentalmente
- Gates
- generare
- ELETTRICA
- gradienti
- grafico
- grafici
- maggiore
- Gruppo
- Crescere
- cresce
- Crescita
- Hamilton
- Hardware
- harvard
- Avere
- titolari
- Tuttavia
- HTTPS
- i
- ideale
- if
- Immagine
- implementato
- in
- incluso
- incorporando
- Aumento
- inevitabilmente
- ING
- Istituto
- istituzioni
- interessante
- Internazionale
- ai miglioramenti
- introdurre
- introduttivo
- Israele
- Gen
- Gennaio
- Gennaio 2021
- JavaScript
- John
- Jones
- rivista
- Giovanni
- Luglio
- giugno
- Cavaliere
- grandi
- superiore, se assunto singolarmente.
- Cognome
- apprendimento
- Lasciare
- Biblioteca
- Licenza
- leggera
- piace
- linda
- Lista
- piccolo
- caricare
- macchina
- machine learning
- make
- molti
- Marzo
- marcia 2020
- maria
- marchio
- Materiale
- max-width
- Maggio..
- di misura
- meccanica
- Memorie
- metrologia
- Michael
- Moda
- modalità di
- molecolare
- Mese
- Scopri di più
- cambiano
- di applicazione
- Rete
- New
- Nicolas
- no
- Novembre
- numero
- ottobre
- of
- Offerte
- oh
- on
- ONE
- quelli
- aprire
- open source
- Operatori
- ottica
- ottimizzazione
- OTTIMIZZA
- ottimizzazione
- or
- i
- nostro
- Outperform
- pagine
- Carta
- Parigi
- parte
- particolare
- patrick
- Paul
- perfetta
- Peter
- Fisico
- Fisicamente
- Fisica
- centrale
- posto
- Platone
- Platone Data Intelligence
- PlatoneDati
- Giocare
- punto
- potenziale
- Pratico
- precisamente
- preparazione
- prepara
- presenza
- stampa
- Problema
- i processi
- Produzione
- Progressi
- fornire
- pubblicato
- editore
- editori
- Qi
- quadratico
- Quantistico
- vantaggio quantistico
- Computer quantistico
- computer quantistici
- calcolo quantistico
- Meccanica quantistica
- Ottica quantistica
- qubit
- R
- Rafael
- piuttosto
- pronto
- mondo reale
- realistico
- realizzato
- Ricorsivo
- Riferimenti
- fare affidamento
- resti
- sostituito
- Report
- rappresentazione
- necessario
- riparazioni
- risolvere
- Risorse
- rispetto
- recensioni
- ROBERT
- Ruolo
- roy
- s
- stesso
- scalabile
- schemi
- Scienze
- Scienza e Tecnologia
- scientifico
- Cerca
- Settembre
- servire
- vetrina
- simile
- Taglia
- Software
- alcuni
- lo spazio
- la nostra speciale
- Regione / Stato
- stati
- Studio
- sottografi
- Con successo
- tale
- adatto
- superare
- attrezzatura
- Fai
- Tecnologie
- Tecnologia
- di
- che
- Il
- loro
- teorico
- Là.
- Strumenti Bowman per analizzare le seguenti finiture:
- di
- questo
- tempo
- Titolo
- a
- top
- toronto
- verso
- Training
- Due volte
- per
- universale
- Università
- University of Chicago
- aggiornato
- URL
- us
- uso
- utilizzato
- utilizzando
- versioni
- volume
- volere
- Prima
- we
- WELL
- quando
- quale
- con
- senza
- lavori
- xi
- anno
- Yuan
- zefiro