Compilazione di circuiti quantistici e calcolo ibrido utilizzando il calcolo basato su Pauli

Compilazione di circuiti quantistici e calcolo ibrido utilizzando il calcolo basato su Pauli

Timestamp: 3 ottobre 2023 10:58

Filipa CR Peres1,2 ed Ernesto F. Galvão1,3

1Laboratorio Internazionale di Nanotecnologia Iberica (INL), Av. Mestre José Veiga, 4715-330 Braga, Portogallo
2Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, rua do Campo Alegre s/n, 4169–007 Porto, Portogallo
3Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Avenida General Milton Tavares de Souza s/n, Niterói, Rio de Janeiro 24210-340, Brasile

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Astratto

Il calcolo basato su Pauli (PBC) è guidato da una sequenza di misurazioni non distruttive scelte in modo adattivo delle osservabili di Pauli. Qualsiasi circuito quantistico scritto in termini del set di porte Clifford+$T$ e avente porte $t$ $T$ può essere compilato in un PBC su qubit $t$. Qui proponiamo modi pratici per implementare PBC come circuiti quantistici adattivi e fornire codice per eseguire l'elaborazione laterale classica richiesta. I nostri schemi riducono il numero di porte quantistiche a $O(t^2)$ (da un precedente ridimensionamento $O(t^3 / log t)$) e vengono discussi i compromessi spazio/tempo che portano a una riduzione del profondità da $O(t log t)$ a $O(t)$ all'interno dei nostri schemi, al costo di $t$ qubit ausiliari aggiuntivi. Compiliamo esempi di circuiti quantistici casuali e a spostamento nascosto in circuiti PBC adattivi. Simuliamo anche il calcolo quantistico ibrido, in cui un computer classico estende effettivamente la memoria di lavoro di un piccolo computer quantistico con qubit virtuali da $k$, a un costo esponenziale in $k$. I nostri risultati dimostrano il vantaggio pratico delle tecniche PBC per la compilazione di circuiti e il calcolo ibrido.

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Immagine in primo piano: In un calcolo basato su Pauli (PBC), il calcolo è guidato da una sequenza di al massimo $t$ misurazioni Pauli multiqubit scelte in modo adattivo, compatibili e indipendenti eseguite su uno stato magico di input di $t$ qubit [in alto] .
Un tale PBC può essere ritradotto in circuiti quantistici (adattativi), con ciascuna misurazione di Pauli eseguita da un'appropriata sequenza di porte Clifford seguita da una misurazione a singolo qubit [in basso]. Proponiamo tre diversi metodi per effettuare questa traduzione dal PBC ai circuiti quantistici; questa immagine illustra solo il primo di questi.
Queste idee possono essere esplorate per eseguire la compilazione di circuiti e il calcolo ibrido.

[Contenuto incorporato]

Riepilogo popolare

Ci si aspetta che i computer quantistici su larga scala e tolleranti ai guasti risolvano compiti che sono fuori dalla portata delle loro controparti classiche. Questa prospettiva allettante ha dato impulso a molte ricerche recenti nei campi dell’informazione quantistica e del calcolo quantistico.
Sfortunatamente, le capacità dei dispositivi attuali sono ancora piuttosto limitate. Pertanto, sono necessari schemi intelligenti che ci consentano di scambiare risorse classiche con risorse quantistiche. Nel nostro lavoro esploriamo un modello universale di calcolo quantistico noto come calcolo basato su Pauli. Mostriamo che questo modello può essere utilizzato per compilare circuiti quantistici dominati dalle porte di Clifford, dimostrando in molti casi un utile risparmio di risorse quantistiche. Descriviamo anche i guadagni in efficienza nel calcolo ibrido quantistico-classico, in cui i due tipi di computer lavorano insieme per simulare un dispositivo quantistico più grande. Il nostro articolo è accompagnato da codice Python ad accesso aperto che consente agli utenti di eseguire sia la compilazione che il calcolo ibrido su circuiti arbitrari specificati dall'utente descritti utilizzando il comune set di porte Clifford+$T$.
Ci aspettiamo che il nostro lavoro sia rilevante per le applicazioni a breve e medio termine, ma anche a lungo termine, poiché l’ottimizzazione delle risorse quantistiche dovrebbe essere interessante anche dopo aver raggiunto il calcolo quantistico tollerante ai guasti.

► dati BibTeX

► Riferimenti

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Citato da

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[2] Qiuhao Chen, Yuxuan Du, Qi Zhao, Yuling Jiao, Xiliang Lu e Xingyao Wu, "Compilatore quantistico efficiente e pratico verso sistemi multi-qubit con apprendimento di rinforzo profondo", arXiv: 2204.06904, (2022).

[3] Filipa CR Peres, “Modello di calcolo quantistico basato su Pauli con sistemi a dimensione superiore”, Revisione fisica A 108 3, 032606 (2023).

[4] Michael Zurel, Cihan Okay e Robert Raussendorf, "Simulazione del calcolo quantistico con stati magici: quanti" bit "per" esso "?", arXiv: 2305.17287, (2023).

[5] Mark Koch, Richie Yeung e Quanlong Wang, "Contrazione rapida dei diagrammi ZX con triangoli tramite decomposizioni dello stabilizzatore", arXiv: 2307.01803, (2023).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2023-10-04 03:09:33). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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