צללים קלאסיים המבוססים על מדידות מסובכות מקומיות

צללים קלאסיים המבוססים על מדידות מסובכות מקומיות

חותמת זמן: 21 במרץ 2024 6:16

מתאו איפוליטי

המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת טקסס באוסטין, אוסטין, TX 78712, ארה"ב
המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת סטנפורד, סטנפורד, CA 94305, ארה"ב

מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.

תַקצִיר

אנו חוקרים פרוטוקולי צללים קלאסיים המבוססים על מדידות אקראיות בבסיסים מסובכים של $n$-qubit, תוך הכללה של פרוטוקול המדידה האקראי של פאולי ($n = 1$). אנו מראים כי מדידות מסובכות ($ngeq 2$) מאפשרות חילופים לא טריוויאליים ובעלי פוטנציאל יתרון במורכבות המדגם של לימוד ערכי ציפיות פאולי. זה מומחש בחדות על ידי צללים המבוססים על מדידות בל של שני קיוביטים: קנה המידה של מורכבות המדגם עם משקל פאולי $k$ משתפר ריבועית (מ-$sim 3^k$ למטה ל-$sim 3^{k/2}$) עבור רבים מפעילים, בעוד שאחרים הופכים בלתי אפשריים ללמידה. כוונון כמות ההסתבכות בבסיסי המדידה מגדיר משפחה של פרוטוקולים שמתערבים בין הצללים של פאולי ו-Bell, תוך שמירה על חלק מהיתרונות של שניהם. עבור $n$ גדולים, אנו מראים שמדידות אקראיות בבסיסי $n$-qubit GHZ משפרות עוד יותר את קנה המידה הטוב ביותר ל-$sim (3/2)^k$, אם כי בקבוצה מוגבלת יותר ויותר של אופרטורים. למרות הפשטות שלהם ודרישות החומרה הנמוכות שלהם, הפרוטוקולים הללו יכולים להתאים או להתעלות על "צללים רדודים" שהוצגו לאחרונה בכמה משימות הערכת פאולי רלוונטיות למעשה.

צללים קלאסיים המבוססים על מדידות מסובכות מקומית PlatoBlockchain Data Intelligence. חיפוש אנכי. איי.

תמונה מוצגת: משמאל: מעגל שמיישם מדידות מסובכות מקומית. מימין: חלוקה של מערך קיוביט לזוגות מסובכים, מה שמקל על לימוד ערך הציפייה של אופרטורים מסוימים (ירוק) אך לא של אחרים (אדום).

► נתוני BibTeX

► הפניות

[1] הסין-יואן הואנג, ריצ'רד קואנג וג'ון פרסקיל. "ניבוי תכונות רבות של מערכת קוונטית ממעט מאוד מדידות". טבע פיזיקה 16, 1050–1057 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-0932-7

[2] אנדראס אלבן, סטיבן ט. פלמיה, הסין-יואן הואנג, ריצ'רד קואנג, ג'ון פרסקיל, בנואה ורמרש ופיטר צולר. "ארגז כלי המדידה האקראי". Nature Reviews Physics 5, 9–24 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-022-00535-2

[3] צ'ארלס הדפילד, סרגיי בראווי, רודי ריימונד ואנטוניו מצקאפו. "מדידות של המילטון הקוונטים עם צללים קלאסיים מוטים מקומית" (2020). arXiv:2006.15788.
arXiv: 2006.15788

[4] Senrui Chen, Wenjun Yu, Pei Zeng, ו-Steven T. Flammia. "הערכת צל חזקה". PRX Quantum 2, 030348 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030348

[5] Atithi Acharya, Siddhartha Saha, ו-Anirvan M. Sengupta. "טומוגרפיית צללים מבוססת על מידה חיובית שלמה מבחינה אינפורמטיבית עם ערך מפעיל". סקירה פיזית A 104, 052418 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.052418

[6] GI Struchalin, יא. A. Zagorovskii, EV Kovlakov, SS Straupe ו-SP Kulik. "הערכה ניסויית של מאפייני מצב קוונטיים מצללים קלאסיים". PRX Quantum 2, 010307 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010307

[7] ריאן לוי, די לואו ובריאן ק. קלארק. "צללים קלאסיים לטומוגרפיה של תהליך קוונטי במחשבים קוונטיים לטווח הקרוב". Physical Review Research 6, 013029 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.6.013029

[8] ג'ונתן קונג'מן, מין סי טראן, דניאל קרני וג'ייקוב מ. טיילור. "טומוגרפיה של תהליך צל של ערוצים קוונטיים". סקירה פיזית A 107, 042403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.042403

[9] Hsin-Yuan Huang. "למידת מצבים קוונטיים מהצללים הקלאסיים שלהם". Nature Reviews Physics 4, 81–81 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00411-5

[10] קיאנה וואן, וויליאם ג'יי האגינס, ג'ונו לי וריאן בבוש. "צללי Matchgate לסימולציה קוונטית פרמיונית". תקשורת בפיזיקה מתמטית 404, 629–700 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-023-04844-0

[11] Kaifeng Bu, Dax Enshan Koh, Roy J. Garcia, וארתור Jaffe. "צללים קלאסיים עם אנסמבלים יחידתיים-בלתי משתנה של פאולי". npj מידע קוונטי 10, 1–7 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00801-w

[12] H. Chau Nguyen, Jan Lennart Bonsel, Jonathan Steinberg, and Otfried Guhne. "אופטימיזציה של טומוגרפיית הצללים עם מדידות כלליות". מכתבי סקירה פיזית 129, 220502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220502

[13] Dax Enshan Koh ו-Sabee Grewal. "צללים קלאסיים עם רעש". קוונטים 6, 776 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-16-776

[14] דניאל גריר, האקופ פאשיאן ולוק שייפר. "צללים קלאסיים אופטימליים לדוגמא למצבים טהורים" (2022). arXiv:2211.11810.
arXiv: 2211.11810

[15] סיימון בקר, נילנג'נה דאטה, לודוביקו לאמי וקמביזה רוז. "טומוגרפיית צללים קלאסית עבור מערכות קוונטיות של משתנים רציפים" (2022). arXiv:2211.07578.
arXiv: 2211.07578

[16] אלירזה סייף, ז-פיי סיאן, סיסי ג'ואו, סנרוי צ'ן וליאנג ג'יאנג. "זיקוק צללים: הפחתת שגיאות קוונטיות עם צללים קלאסיים עבור מעבדי קוונטים קרובים לטווח". PRX Quantum 4, 010303 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010303

[17] קתרין ואן קירק, ג'ורדן קוטלר, הסין-יואן הואנג ומיכאיל ד' לוקין. "למידה יעילה בחומרה של מצבי גוף רבים" (2022). arXiv:2212.06084.
arXiv: 2212.06084

[18] פרנק ארוטה, קונאל אריה, ריאן באבוש, דייב בייקון, ג'וזף סי ברדין, רמי בארנדס, רופאק ביזוואז, סרג'יו בוישו ועוד. "עליונות קוונטית באמצעות מעבד מוליך-על הניתן לתכנות". טבע 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[19] אהוד אלטמן, קנת ר' בראון, ג'וזפה קרליאו, לינקולן ד' קאר, יוג'ין דמלר, צ'נג צ'ין, בריאן דמרקו, סופיה א' אקונומו ועוד. "סימולטורים קוונטיים: ארכיטקטורות והזדמנויות". PRX Quantum 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, et al. "שלבים קוונטיים של חומר בסימולטור קוונטי הניתן לתכנות של 256 אטומים". טבע 595, 227–232 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03582-4

[21] Xiao Mi, Pedram Roushan, Chris Quintana, Salvatore Mandra, Jeffrey Marshall, Charles Neil, Frank Arute, Kunal Arya, ועוד. "ערבול מידע במעגלים קוונטיים". מדע 374, 1479–1483 (2021).
https://doi.org/ 10.1126/science.abg5029

[22] Tiff Brydges, Andreas Elben, Petar Jurcevic, Benoit Vermersch, Christine Maier, Ben P. Lanyon, Peter Zoller, Rainer Blatt, et al. "בדיקת אנטרופיית הסתבכות של רני באמצעות מדידות אקראיות". מדע 364, 260–263 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aau4963

[23] A. Elben, B. Vermersch, CF Roos, and P. Zoller. "מתאמים סטטיסטיים בין מדידות אקראיות מקומיות: ארגז כלים לבדיקת הסתבכות במצבים קוונטיים של גופים רבים". פיזי. ר' א 99, 052323 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052323

[24] אחמד א' אחטר, הונג-יה הו, וי-ג'ואנג יו. "טומוגרפיית צל קלאסית ניתנת להרחבה וגמישה עם רשתות טנסור". Quantum 7, 1026 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-06-01-1026

[25] כריסטיאן ברטוני, יונאס האפרקאמפ, מרסל הינשה, מריו יואנו, ינס אייזרט והאקופ פאשיאן. "צללים רדודים: הערכת ציפיות באמצעות מעגלי קליפורד אקראיים בעומק נמוך" (2022). arXiv:2209.12924.
arXiv: 2209.12924

[26] מירקו אריאנצו, מרקוס היינריך, אינגו רוט ומרטין קליש. "ביטויים אנליטיים בצורה סגורה להערכת צל עם מעגלי לבנים". מידע וחישוב קוונטי 23, 961 (2023).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC23.11-12-5

[27] Matteo Ippoliti, Yaodong Li, Tibor Rakovszky, and Vedika Khemani. "הרפיית המפעיל והעומק האופטימלי של צללים קלאסיים". מכתבי סקירה פיזית 130, 230403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.230403

[28] הסין-יואן הואנג, ריצ'רד קואנג וג'ון פרסקיל. "הערכה יעילה של פאולי נצפים על ידי דרנדומיזציה". מכתבי סקירה פיזית 127, 030503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.030503

[29] Jutho Haegeman, David Perez-Garcia, Ignacio Cirac ו-Norbert Schuch. "פרמטר הזמנה לשלבים מוגנים בסימטריה בממד אחד". מכתבי סקירה פיזית 109, 050402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050402

[30] ח' בומבין. "מבוא לקודים קוונטיים טופולוגיים" (2013). arXiv:1311.0277.
arXiv: 1311.0277

[31] די ג'יי ת'ולס. "החלפה ב-3He מוצק וההייזנברג המילטון". הליכים של החברה הפיזית 86, 893 (1965).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0370-1328/​86/​5/​301

[32] אלכסנדר אלטלנד ובן ד' סימונס. "תיאוריית שדה החומר המעובה". הוצאת אוניברסיטת קיימברידג'. קיימברידג' (2010). מהדורה 2.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511789984

[33] דבנג'ן צ'ודהורי, סוברט רג'ו, סוביר סחדב, אג'אי סינג ופיליפ סטראק. "מתאמים מרובי נקודות של תיאוריות שדות קונפורמיות: השלכות על תחבורה קוונטית קריטית". סקירה פיזית B 87, 085138 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.87.085138

[34] I. Kukuljan, S. Sotiriadis, and G. Takacs. "פונקציות מתאם של מודל סינוס-גורדון הקוונטי בתוך ומחוץ לשיווי משקל". פיזי. הכומר לט. 121, 110402 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.110402

[35] פביאן ב' קוגלר, סונג-סופ ב' לי, ויאן פון דלפט. "פונקציות מתאם רב נקודות: ייצוג ספקטרלי והערכה מספרית". פיזי. Rev. X 11, 041006 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041006

[36] Hong-Ye Hu, Soonwon Choi, ו-Yi-Zhuang You. "טומוגרפיית צללים קלאסית עם דינמיקה קוונטית מקושקשת מקומית". Physical Review Research 5, 023027 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.5.023027

[37] Yi-Zhuang You ו-Yingfei Gu. "תכונות הסתבכות של דינמיקה המילטון אקראית". סקירה פיזית B 98, 014309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.014309

[38] Wei-Ting Kuo, AA Akhtar, Daniel P. Arovas, Yi-Zhuang You. "דינמיקת הסתבכות מרקוביאנית תחת אבולוציה קוונטית מקושקשת מקומית". סקירה פיזית B 101, 224202 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.101.224202

[39] מתאו איפוליטי וודיקה חמאני. "מעברי יכולת למידה בדינמיקה קוונטית מפוקחת באמצעות הצללים הקלאסיים של מצותת" (2023). arXiv:2307.15011.
arXiv: 2307.15011

[40] פיטר שור וריימונד לאפלם. "אנלוג קוונטי של זהויות מקוויליאמס לתורת הקידוד הקלאסי". Physical Review Letters 78, 1600–1602 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.1600

[41] ChunJun Cao, מייקל ג'יי גולנס, בראד לאקי וזיטאו וואנג. "חבילת הרחבת לגו קוונטית: מונים מ-Tensor Networks" (2023). arXiv:2308.05152.
arXiv: 2308.05152

[42] דניאל מילר, דניאל לוס, איבנו טברנלי, הרמן קמפרמן, דגמר ברוס וניקולאי ווידרקה. "התפלגות שור-לפלמה של מצבי גרף וחוסן רעש של הסתבכות". כתב עת לפיזיקה א': מתמטי ותיאורטי 56, 335303 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ace8d4

[43] איקו האמורה וטאקאשי אימאמצ'י. "הערכה יעילה של נקודות צפייה קוונטיות באמצעות מדידות סבכות". npj Quantum Information 6, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0284-2

[44] Ruho Kondo, Yuki Sato, Satoshi Koide, Seiji Kajita, Hideki Takamatsu. "תוחלת קוונטית יעילה מבחינה חישובית עם מדידות פעמון מורחבות". Quantum 6, 688 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-04-13-688

[45] פרנסיסקו אסקודרו, דיוויד פרננדז-פרננדז, גבריאל חאומה, גיירמו פ.פנאס ולוצ'יאנו פריירה. "מדידות סבוכות יעילות בחומרה עבור אלגוריתמים קוונטיים וריאציוניים". סקירה פיזית החלה 20, 034044 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.20.034044

[46] ז'אנג ג'יאנג, אמיר קאלב, וויצ'ך מרוצ'קביץ' והרטמוט נבן. "מיפוי פרמיון לקיוביט אופטימלי באמצעות עצים טרינריים עם יישומים ללמידה של מצבים קוונטיים מופחתים". Quantum 4, 276 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-04-276

[47] רובן ורזן. "הכל מודל של איזינג קוונטי" (2023). arXiv:2301.11917.
arXiv: 2301.11917

[48] צ'ארלס הדפילד. "צללי פאולי אדפטיביים להערכת אנרגיה" (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207

[49] סטפן הילמיץ', צ'ארלס הדפילד, רודי ריימונד, אנטוניו מצקאפו ורוברט ויל. "דיאגרמות החלטה למדידות קוונטיות עם מעגלים רדודים". בשנת 2021 כנס IEEE הבינלאומי למחשוב והנדסה קוונטי (QCE). עמודים 24–34. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE52317.2021.00018

[50] צו-צ'ינג ין, אדיתיה גנשראם וארטור פ. איזמאילוב. "שיפורים דטרמיניסטיים של מדידות קוונטיות עם קיבוץ של אופרטורים תואמים, טרנספורמציות לא מקומיות ואומדני שיתוף פעולה". npj מידע קוונטי 9, 1–7 (2023).
https: / doi.org/â € ‹10.1038 / s41534-023-00683-y

[51] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang ושיאו יואן. "מדידת קבוצות חופפות: מסגרת מאוחדת למדידת מצבים קוונטיים". קוונטום 7, 896 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-01-13-896

[52] Minh C. Tran, Daniel K. Mark, Wen Wei Ho, Soonwon Choi. "מדידת מאפיינים פיזיים שרירותיים בסימולציה קוונטית אנלוגית". סקירה פיזית X 13, 011049 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.011049

[53] מקס מק'ג'ינלי ומישל פאבה. "טומוגרפיית צללים מעיצובי מצב חירום בסימולטורים קוונטיים אנלוגיים". מכתבי סקירה פיזית 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, et al. "הכנת מצבים אקראיים והשוואת ביצועים עם כאוס קוונטי של הרבה גופים". טבע 613, 468–473 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05442-1

[55] ג'ורדן ס. קוטלר, דניאל ק. מארק, הסין-יואן הואנג, פליפה הרננדז, ג'ונהי צ'וי, אדם ל. שו, מנואל אנדרס וסונוון צ'וי. "עיצובי מצב קוונטי מתעוררים מפונקציות בודדות של גלים רבים בגוף". PRX Quantum 4, 010311 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010311

[56] Wen Wei Ho ו-Soonwon Choi. "עיצובים מדוייקים של מצב קוונטי מ-Quantum Chaotic Dynamics". מכתבי סקירה פיזית 128, 060601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.060601

[57] פיטר וו. קלייס ואוסטן למאקראפט. "עיצובי מצב קוונטיים מתעוררים ובי-אחדות בדינמיקה של מעגלים כפולים-יחידתיים". קוונטים 6, 738 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-06-15-738

[58] מתאו איפוליטי וון ווי הו. "טיהור דינמי והופעת עיצובי מצב קוונטיים מהאנסמבל המשוער". PRX Quantum 4, 030322 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.030322

[59] מתאו איפוליטי וון ווי הו. "מודל פתיר של תרמליזציה עמוקה עם זמני עיצוב ברורים". Quantum 6, 886 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-12-29-886

[60] פיטר וו. קלייס. "אוניברסליות בתצלומי מצב קוונטיים". Quantum Views 7, 71 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​qv-2023-01-27-71

מצוטט על ידי

[1] בנואה ורמרש, מרקו לובוטינה, ג'יי איגנסיו סיראק, פיטר צולר, מקסים סרבין ולורנצו פירולי, "אנטרופיות והסתבכות של גופים רבים מפולינומיים-הרבה מדידות מקומיות", arXiv: 2311.08108, (2023).

[2] Matteo Ippoliti ו-Vika Khemani, "מעברי יכולת למידה בדינמיקה קוונטית מנוטרת באמצעות הצללים הקלאסיים של צוותת", arXiv: 2307.15011, (2023).

[3] Bujiao Wu ו-Dax Enshan Koh, "צללים פרמיוניים קלאסיים מופחתים בשגיאות במכשירים קוונטיים רועשים", arXiv: 2310.12726, (2023).

[4] דומיניק שפראנק ודאריו רוזה, "מדידת אנרגיה על ידי מדידת כל נצפית אחרת", ביקורת גופנית A 108 2, 022208 (2023).

[5] ארקופל דאט, וויליאם קירבי, רודי ריימונד, צ'ארלס הדפילד, שרה שלדון, אייזק ל. צ'ואנג ואנטוניו מצקאפו, "מדידה מעשית של שיטות מדידה אקראית עבור המילטון כימיה קוונטית", arXiv: 2312.07497, (2023).

[6] טיאנרן גו, שיאו יואן ובוג'יאו וו, "סכימות מדידה יעילות למערכות בוזוניות", מדע וטכנולוגיה קוונטית 8 4, 045008 (2023).

[7] Yuxuan Du, Yibo Yang, Tongliang Liu, Zhouchen Lin, Bernard Ghanem ודאצ'נג טאו, "ShadowNet for Learning System Quantum-Centric Data", arXiv: 2308.11290, (2023).

הציטוטים לעיל הם מ- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2024-03-23 10:25:55). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.

On השירות המוזכר של קרוסרף לא נמצאו נתונים על ציטוט עבודות (ניסיון אחרון 2024-03-23 10:25:53)

מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.

בול זמן:

עוד מ יומן קוונטים