Preparazione dello stato quantistico a bassa profondità efficiente in termini spaziotemporali con applicazioni

Preparazione dello stato quantistico a bassa profondità efficiente in termini spaziotemporali con applicazioni

Timestamp: 15 febbraio 2024 10:13

Kaiwen Gui1,2,3, Alexander M. Dalzell4,Alessandro Achille5, Martin Suchara1e Frederic T. Chong3

1Amazon Web Services, WA, Stati Uniti
2Pritzker School of Molecular Engineering, Università di Chicago, IL, USA
3Dipartimento di Informatica, Università di Chicago, IL, USA
4Centro AWS per l'informatica quantistica, Pasadena, CA, USA
5AWS AI Labs, Pasadena, California, Stati Uniti

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Astratto

Proponiamo un nuovo metodo deterministico per preparare stati quantistici arbitrari. Quando il nostro protocollo è compilato in CNOT e porte arbitrarie a singolo qubit, prepara uno stato $N$-dimensionale in profondità $O(log(N))$ e $textit{allocazione spaziotemporale}$ (una metrica che tiene conto del fatto che spesso non è necessario che alcuni qubit ancilla siano attivi per l'intero circuito) $O(N)$, che sono entrambi ottimali. Quando compilato nel set di porte ${mathrm{H,S,T,CNOT}}$, mostriamo che richiede asintoticamente meno risorse quantistiche rispetto ai metodi precedenti. Nello specifico, prepara uno stato arbitrario fino all'errore $epsilon$ con profondità ottimale di $O(log(N) + log (1/epsilon))$ e allocazione spaziotemporale $O(Nlog(log(N)/epsilon))$ , migliorando rispettivamente rispetto a $O(log(N)log(log (N)/epsilon))$ e $O(Nlog(N/epsilon))$. Illustriamo come la ridotta allocazione dello spaziotempo del nostro protocollo consenta la rapida preparazione di molti stati disgiunti con solo un sovraccarico di ancilla a fattore costante: i qubit ancilla $O(N)$ vengono riutilizzati in modo efficiente per preparare uno stato di prodotto di $w$ $N$-dimensionale stati in profondità $O(w + log(N))$ anziché $O(wlog(N))$, ottenendo una profondità effettivamente costante per stato. Evidenziamo diverse applicazioni in cui questa capacità sarebbe utile, tra cui l'apprendimento automatico quantistico, la simulazione hamiltoniana e la risoluzione di sistemi lineari di equazioni. Forniamo descrizioni dei circuiti quantistici del nostro protocollo, pseudocodice dettagliato ed esempi di implementazione a livello di gate utilizzando Braket.

Preparazione dello stato quantistico a bassa profondità efficiente in termini di spaziotempo con applicazioni PlatoBlockchain Data Intelligence. Ricerca verticale. Ai.

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► Riferimenti

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Citato da

[1] Alexander M. Dalzell, Sam McArdle, Mario Berta, Przemyslaw Bienias, Chi-Fang Chen, András Gilyén, Connor T. Hann, Michael J. Kastoryano, Emil T. Khabiboulline, Aleksander Kubica, Grant Salton, Samson Wang e Fernando GSL Brandão, “Algoritmi quantistici: un'indagine sulle applicazioni e sulle complessità end-to-end”, arXiv: 2310.03011, (2023).

[2] Raghav Jumade e Nicolas PD Sawaya, "I dati sono spesso caricabili in breve approfondimento: circuiti quantistici da reti tensoriali per finanza, immagini, fluidi e proteine", arXiv: 2309.13108, (2023).

[3] Gideon Lee, Connor T. Hann, Shruti Puri, SM Girvin e Liang Jiang, "Soppressione degli errori per operazioni quantistiche di scatole nere di dimensioni arbitrarie", Lettere di revisione fisica 131 19, 190601 (2023).

[4] Gregory Rosenthal, "Sintesi efficiente dello stato quantistico con una sola query", arXiv: 2306.01723, (2023).

[5] Xiao-Ming Zhang e Xiao Yuan, "Sulla complessità del circuito dei modelli di accesso quantistico per la codifica dei dati classici", arXiv: 2311.11365, (2023).

Le citazioni sopra sono di ANNUNCI SAO / NASA (ultimo aggiornamento riuscito 2024-02-15 15:17:11). L'elenco potrebbe essere incompleto poiché non tutti gli editori forniscono dati di citazione adeguati e completi.

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