多項式関数の効率的な量子振幅エンコーディング

多項式関数の効率的な量子振幅エンコーディング

ハビエル・ゴンザレス・コンデ1,2、トーマス・W・ワッツ3、パブロ・ロドリゲス=グラサ1,2,4、ミケル・サンツ1,2,5,6

1バスク大学UPV / EHU、スペイン、ビルバオ、644、Apartado 48080、物理化学科
2EHU 量子センター、バスク大学 UPV/EHU、Apartado 644、48080 ビルバオ、スペイン
3コーネル大学応用物理工学部、イサカ、ニューヨーク州 14853、米国
4TECNALIA、バスク研究技術同盟 (BRTA)、48160 デリオ、スペイン
5IKERBASQUE、バスク科学財団、Plaza Euskadi 5、48009、ビルバオ、スペイン
6応用数学バスクセンター (BCAM)、Alameda de Mazarredo、14、48009 ビルバオ、スペイン

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抽象

量子コンピュータへの関数のロードは、量子偏微分方程式ソルバーなどのいくつかの量子アルゴリズムにおいて重要なステップです。したがって、このプロセスの非効率性が、これらのアルゴリズムの適用における大きなボトルネックにつながります。ここでは、$n$ 量子ビットの実多項式関数の振幅符号化のための 0 つの効率的な方法を提示し、比較します。閉区間上の任意の連続関数は多項式関数によって任意の精度で一様に近似できるため、このケースには特別な関連性があります。最初のアプローチは、行列製品状態表現 (MPS) に依存します。結合次元が小さいと仮定した場合のターゲット状態の近似を研究し、ベンチマークを行います。 0 番目のアルゴリズムは 0 つのサブルーチンを組み合わせたものです。最初に、MPS を介して、または線形関数のアダマール-ウォルシュ級数をロードする複数制御ゲートの浅いシーケンスを使用して線形関数を量子レジスタにエンコードし、線形関数のアダマール-ウォルシュ級数の切り捨てがどのように影響するかを調査します。最終的な忠実度。逆離散アダマール ウォルシュ変換を適用すると、級数係数をエンコードした状態が線形関数の振幅エンコードに変換されます。したがって、この構造を構築ブロックとして使用して、$k_0$ 量子ビット上の線形関数に対応する振幅の正確なブロック エンコーディングを実現し、多項式変換を実装する量子特異値変換を振幅のブロック エンコーディングに適用します。このユニタリーと振幅増幅アルゴリズムを組み合わせることで、$k_XNUMX$ 量子ビットで多項式関数をエンコードする量子状態を準備できるようになります。最後に、$n-k_XNUMX$ 量子ビットをパディングして、$n$ 量子ビット上の多項式の近似エンコーディングを生成し、$k_XNUMX$ に応じて誤差を分析します。この点に関して、私たちの方法論は、制御可能なエラーを導入することによって最先端の複雑さを改善する方法を提案します。

量子コンピューターは複雑な問題に取り組むための計り知れない可能性を秘めていますが、任意の関数を効率的にロードすることは依然として重要な課題です。これは、多くの量子アルゴリズム、特に偏微分方程式や線形システム ソルバーの分野ではボトルネックになります。この問題に部分的に取り組むために、ゲートベースの量子コンピューター内の量子状態の振幅に離散化多項式を効率的にエンコードする 2 つの方法を導入します。私たちのアプローチは、現在の量子関数読み込みアルゴリズムの複雑さを強化しながら制御可能なエラーを導入し、現在の最先端技術に対して有望な進歩をもたらします。

►BibTeXデータ

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によって引用

[1] Arthur G. Rattew および Patrick Rebentrost、「量子振幅の非線形変換: 指数関数的改善、一般化、および応用」、 arXiv:2309.09839, (2023).

[2] ハビエル ゴンザレス コンデ、アンヘル ロドリゲス ロザス、エンリケ ソラノ、ミケル サンツ、「オプション価格ダイナミクスを解決するための効率的なハミルトン シミュレーション」、 フィジカルレビューリサーチ5 4、043220(2023).

[3] Paul Over、Sergio Bengoechea、Thomas Rung、Francesco Clerici、Leonardo Scandurra、Eugene de Villiers、および Dieter Jaksch、「量子コンピューター上の偏微分方程式の変分量子シミュレーションの境界処理」、 arXiv:2402.18619, (2024).

[4] Pablo Rodriguez-Grasa、Ruben Ibarrondo、Javier Gonzalez-Conde、Yue Ban、Patrick Rebentrost、Mikel Sanz、「量子近似クローニング支援密度行列累乗」、 arXiv:2311.11751, (2023).

上記の引用は SAO / NASA ADS (最後に正常に更新された2024-03-22 05:17:12)。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。

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