Pauli 기반 연산을 이용한 양자회로 컴파일 및 하이브리드 연산

Pauli 기반 연산을 이용한 양자회로 컴파일 및 하이브리드 연산

필리파 CR 페레스1,2에르네스토 F. 갈방1,3

1국제 이베리아 나노기술 연구소(INL), Av. Mestre José Veiga, 4715-330 브라가, 포르투갈
2Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, rua do Campo Alegre s/n, 4169–007 포르투, 포르투갈
3Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Avenida General Milton Tavares de Souza s/n, Niterói, Rio de Janeiro 24210-340, Brazil

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추상

Pauli 기반 계산(PBC)은 Pauli 관측 가능 항목에 대해 적응적으로 선택된 비파괴 측정 시퀀스에 의해 구동됩니다. Clifford+$T$ 게이트 세트로 작성되고 $t$ $T$ 게이트를 갖는 모든 양자 회로는 $t$ 큐비트에서 PBC로 컴파일될 수 있습니다. 여기에서는 PBC를 적응형 양자 회로로 구현하는 실용적인 방법을 제안하고 필요한 클래식 측면 처리를 수행하는 코드를 제공합니다. 우리의 계획은 양자 게이트 수를 $O(t^2)$(이전 $O(t^3 / log t)$ 스케일링에서)로 줄이고 공간/시간 트레이드오프를 논의하여 $O(t log t)$에서 $O(t)$까지의 깊이를 $t$의 추가 보조 큐비트 비용으로 계산합니다. 우리는 무작위 및 숨겨진 시프트 양자 회로의 예를 적응형 PBC 회로로 컴파일합니다. 또한 클래식 컴퓨터가 $k$의 기하급수적 비용으로 $k$ 가상 큐비트만큼 소형 양자 컴퓨터의 작업 메모리를 효과적으로 확장하는 하이브리드 양자 계산을 시뮬레이션합니다. 우리의 결과는 회로 컴파일 및 하이브리드 계산을 위한 PBC 기술의 실질적인 이점을 보여줍니다.

[포함 된 콘텐츠]

대규모의 내결함성 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없는 작업을 해결할 것으로 예상됩니다. 이러한 매력적인 전망은 양자 정보 및 양자 계산 분야에서 최근 많은 연구를 촉진했습니다.
불행하게도 현재 장치의 기능은 여전히 ​​다소 제한되어 있습니다. 따라서 클래식을 양자 자원으로 교환할 수 있는 스마트한 계획이 필요합니다. 우리 연구에서는 Pauli 기반 계산으로 알려진 보편적인 양자 계산 모델을 탐구합니다. 우리는 이 모델을 사용하여 Clifford 게이트가 지배하는 양자 회로를 컴파일할 수 있으며 많은 경우에 유용한 양자 자원 절약을 입증할 수 있음을 보여줍니다. 또한 두 가지 유형의 컴퓨터가 함께 작동하여 더 큰 양자 장치를 시뮬레이션하는 하이브리드 양자 고전 계산의 효율성 향상에 대해서도 설명합니다. 우리의 논문에는 사용자가 일반적인 Clifford+$T$ 게이트 세트를 사용하여 설명된 임의의 사용자 지정 회로에서 컴파일 및 하이브리드 계산을 모두 수행할 수 있는 개방형 액세스 Python 코드가 함께 제공됩니다.
우리는 내결함성 양자 컴퓨팅이 달성된 후에도 양자 자원의 최적화가 관심을 끌기 때문에 우리의 작업이 단기 및 중기 응용 분야와 관련이 있을 것으로 기대하지만 장기적으로도 관련이 있을 것으로 기대합니다.

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위의 인용은 SAO / NASA ADS (마지막으로 성공적으로 업데이트 됨 2023-10-04 03:09:33). 모든 출판사가 적절하고 완전한 인용 데이터를 제공하지는 않기 때문에 목록이 불완전 할 수 있습니다.

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