Abstraqt: 추상 안정기 시뮬레이션을 통한 양자 회로 분석

Abstraqt: 추상 안정기 시뮬레이션을 통한 양자 회로 분석

벤자민 빅셀, 아누크 파라디스, 막시밀리안 바더, 마틴 베체프

ETH 취리히, 스위스

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추상

안정기 시뮬레이션은 Clifford 게이트로만 구성된 중요한 양자 회로 클래스를 효율적으로 시뮬레이션할 수 있습니다. 그러나 비-Clifford 게이트를 포함하여 임의의 양자 회로에 대한 이 시뮬레이션의 모든 기존 확장은 기하급수적인 런타임으로 인해 어려움을 겪습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 우리는 정밀도 손실을 감수하면서 임의의 양자 회로에 대한 효율적인 안정기 시뮬레이션을 위한 새로운 접근 방식을 제시합니다. 우리의 핵심 아이디어는 양자 상태의 지수 합계 표현을 (적어도) 발생하는 모든 합계를 포함하는 단일 $abstract$ 합계로 압축하는 것입니다. 이를 통해 Clifford 게이트, 비-Clifford 게이트 및 (내부) 측정을 포함한 회로 연산의 효과를 $과대 근사화$하여 추상 합산을 효율적으로 조작하는 $textit{추상 안정기 시뮬레이터}$를 도입할 수 있습니다.
우리는 Abstraqt라는 도구에 추상 시뮬레이터를 구현하고 Abstraqt가 기존 기술로는 다루기 힘든 회로 속성을 설정할 수 있음을 실험적으로 보여줍니다.

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► 참고 문헌

[1] 다니엘 고테스만. “양자 컴퓨터의 하이젠베르크 표현”. 기술 보고서 ​​arXiv:퀀트-ph/​9807006. arXiv(1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv : 퀀트 -PH / 9807006

[2] 스콧 아론슨과 다니엘 고테스만. “안정기 회로의 시뮬레이션 개선”. 물리적 검토 A 70, 052328 (2004).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.70.052328

[3] 로버트 랜드(Robert Rand), 아르티 순다람(Aarthi Sundaram), 카르틱 싱할(Kartik Singhal), 브래드 래키(Brad Lackey). “클리포드 그룹을 넘어 고트만 유형 확장”. 양자 컴퓨팅을 위한 프로그래밍 언어에 관한 제2021차 국제 워크숍(PLanQC 2021)에서. (21). URL: https:/​/​pldi2021.sigplan.org/​details/​planqc-9-papers/​XNUMX/​Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group.
https:/​/​pldi21.sigplan.org/​details/​planqc-2021-papers/​9/​확장-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group

[4] 알렉스 키신저(Aleks Kissinger)와 존 반 드 웨터링(John van de Wetering). "ZX 미적분학 감소 안정제 분해를 사용한 양자 회로 시뮬레이션". 양자 과학 및 기술 7, 044001(2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset 및 Mark Howard. "저위 안정제 분해에 의한 양자 회로 시뮬레이션". 양자 3, 181(2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa 및 Stephen D. Bartlett. “양자 회로에 대한 결과 확률의 빠른 추정”. PRX 양자 3, 020361(2022).
https : / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] "부분 및 그래픽 안정기 분해를 사용한 양자 회로의 고전적 시뮬레이션". Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik(2022).
https:/ / doi.org/ 10.4230/ LIPICS.TQC.2022.5

[8] 패트릭 쿠소와 라디아 쿠소. "추상적 해석: 고정점의 구성 또는 근사에 의한 프로그램의 정적 분석을 위한 통합 격자 모델". 프로그래밍 언어 원리에 관한 제4회 ACM SIGACT-SIGPLAN 심포지엄 진행 중. 238~252페이지. POPL ’77미국 뉴욕주 뉴욕(1977). ACM.
https : / /doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] 패트릭 쿠소와 라디아 쿠소. “추상적 해석 프레임워크”. 논리 및 계산 저널 2, 511–547 (1992).
https:/​/​doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

[10] 브루노 블랑셰, 패트릭 쿠소, 라디아 쿠소, 제롬 페레, 로랑 모보르뉴, 앙투안 미네, 데이비드 몬니오, 자비에 라이벌. “대형 안전 필수 소프트웨어용 정적 분석기”. ACM SIGPLAN 통지 38, 196–207(2003).
https : / /doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] 프란체스코 로고조(Francesco Logozzo)와 마누엘 판드리히(Manuel Fähndrich). "펜타곤: 배열 액세스의 효율적인 검증을 위한 약한 관계형 추상 도메인". 컴퓨터 프로그래밍 과학 75, 796-807(2010).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​j.scico.2009.04.004

[12] Timon Gehr, Matthew Mirman, Dana Drachsler-Cohen, Petar Tsankov, Swarat Chaudhuri 및 Martin Vechev. “AI2: 추상적 해석을 통한 신경망의 안전성 및 견고성 인증”. 2018년 IEEE 보안 및 개인 정보 보호 심포지엄(SP). 3~18페이지. 캘리포니아주 샌프란시스코(2018). IEEE.
https : / /doi.org/10.1109/ SP.2018.00058

[13] 마이클 A. 닐슨과 아이작 L. 추앙. “양자계산과 양자정보: 10주년 기념판”. 케임브리지 대학 출판부. (2010).
https : / /doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[14] 가디 알렉산드로비츠, 토마스 알렉산더, 파나기오티스 바르쿠소스, 루치아노 벨로, 야엘 벤하임, 데이비드 부처, 프란시스코 호세 카브레라-에르난데스, 호르헤 카르발로-프랑퀴스, 아드리안 첸, 춘푸 첸, 제리 M. 차우, 안토니오 D. 코르콜레스-곤잘레스 , Abigail J. Cross, Andrew Cross, Juan Cruz-Benito, Chris Culver, Salvador De La Puente González, Enrique De La Torre, Delton Ding, Eugene Dumitrescu, Ivan Duran, Pieter Eendebak, Mark Everitt, Ismael Faro Sertage, Albert Frisch, Andreas Fuhrer, Jay Gambetta, Borja Godoy Gago, Juan Gomez-Mosquera, Donny Greenberg, Ikko Hamamura, Vojtech Havlicek, Joe Hellmers, Łukasz Herok, Hiroshi Horii, Shaohan Hu, Takashi Imamichi, Toshinari Itoko, Ali Javadi-Abhari, Naoki Kanazawa, 안톤 카라지예프, 케빈 크르술리치, 펭 리우, 양 루, 맹윤호, 마노엘 마르케스, 프란시스코 호세 마르틴-페르난데스, 더글라스 T. 맥클루어, 데이비드 맥케이, 스루잔 미살라, 안토니오 메자카포, 니콜라이 몰, 디에고 모레다 로드리게스, 지아코모 난니치니, 폴 네이션 , Pauline Ollitrault, Lee James O'Riordan, 백한희, Jesús Pérez, Anna Phan, Marco Pistoia, Viktor Prutyanov, Max Reuter, Julia Rice, Abdón Rodríguez Davila, Raymond Harry Putra Rudy, Mingi Ryu, Ninad Sathaye, Chris Schnabel, Eddie Schoute, Kanav Setia, Yunong Shi, Adenilton Silva, Yukio Siraichi, Seyon Sivarajah, John A. Smolin, Mathias Soeken, Hitomi Takahashi, Ivano Tavernelli, Charles Taylor, Pete Taylour, Kenso Trabing, Matthew Treinish, Wes Turner, Desiree Vogt-Lee , Christophe Vuillot, Jonathan A. Wildstrom, Jessica Wilson, Erick Winston, Christopher Wood, Stephen Wood, Stefan Wörner, Ismail Yunus Akhalwaya 및 Christa Zoufal. “퀴스킷: 양자 컴퓨팅을 위한 오픈 소스 프레임워크”(2019).

[15] Charles R. Harris, K. Jarrod Millman, Stéfan J. van der Walt, Ralf Gommers, Pauli Virtanen, David Cournapeau, Eric Wieser, Julian Taylor, Sebastian Berg, Nathaniel J. Smith, Robert Kern, Matti Picus, Stephan Hoyer, Marten H. van Kerkwijk, Matthew Brett, Allan Haldane, Jaime Fernández del Río, Mark Wiebe, Pearu Peterson, Pierre Gérard-Marchant, Kevin Sheppard, Tyler Reddy, Warren Weckesser, Hameer Abbasi, Christoph Gohlke 및 Travis E. Oliphant. "NumPy를 사용한 배열 프로그래밍". 자연 585, 357–362(2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] 시우관람, 앙투안 피트루, 스탠리 세이버트. “Numba: LLVM 기반 Python JIT 컴파일러”. HPC의 LLVM 컴파일러 인프라에 관한 두 번째 워크숍 진행 중. 1~6페이지. LLVM ’15뉴욕, 뉴욕, 미국(2015). 컴퓨팅 기계 협회.
https : / /doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] 크레이그 기드니. "Stim: 빠른 안정기 회로 시뮬레이터". 양자 5, 497(2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] 헨리 S. 워렌. "해커의 즐거움". 애디슨-웨슬리 프로페셔널. (2012). 2판.
https : / /doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] 알렉스 키신저(Aleks Kissinger)와 존 반 드 웨터링(John van de Wetering). “PyZX: 대규모 자동 도식적 추론”. Bob Coecke 및 Matthew Leifer 편집자, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, USA., 10년 14월 2019~318일. 이론 컴퓨터 과학 전자 논문집 229권, 241~2020페이지. 열린출판협회(XNUMX).
https : / /doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] 매튜 에이미. “범용 양자 회로의 대규모 기능 검증을 향하여”. 이론 컴퓨터 과학 전자 논문집 287, 1–21 (2019).
https : / /doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu와 Jens Palsberg. “양자추상해석”. 프로그래밍 언어 설계 및 구현에 관한 제42차 ACM SIGPLAN 국제 회의 진행 중. 542~558페이지. PLDI 2021미국 뉴욕주 뉴욕(2021). 컴퓨팅 기계 협회.
https : / /doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] 앙투안 미네. “약한 관계형 수치 추상 도메인”. 박사논문(2004). URL: https:/​/​www-apr.lip6.fr/​mine/​these/​these-color.pdf.
https:/​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] 사이먼 퍼드릭스. “추상적 해석에 기초한 양자 얽힘 분석”. 제15회 국제정적해석심포지엄 진행 중. 270~282페이지. SAS ’08베를린, 하이델베르크(2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] 혼다 켄타로. “안정화 형식을 사용한 양자 프로그램의 양자 얽힘 분석”. 이론 컴퓨터 과학 전자 논문집 195(2015).
https : / /doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li, Michael Hicks. “양자 프로그램이 정확하다는 것을 증명”. 라이프니츠 국제정보학회보(LIPIcs) 193, 21:1–21:19(2021).
https:/​/​doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ITP.2021.21

[26] Christophe Chareton, Sébastien Bardin, François Bobot, Valentin Perrelle 및 Benoît Valiron. “회로 구축 양자 프로그램을 위한 자동화된 연역적 검증 프레임워크”. 프로그래밍 언어 및 시스템. 148~177페이지. 스프링거 국제 출판(2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying, Xiaodi Wu. “양자 프로그램의 불변성: 특성화 및 생성”. SIGPLAN 아닙니다. 52, 818–832 (2017).
https : / /doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

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