Samenvatting: analyse van kwantumcircuits via abstracte stabilisatorsimulatie

Samenvatting: analyse van kwantumcircuits via abstracte stabilisatorsimulatie

Tijdstempel: 20 november 2023 10:17 uur

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader en Martin Vechev

ETH Zรผrich, Zwitserland

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

Stabilisatorsimulatie kan op efficiรซnte wijze een belangrijke klasse kwantumcircuits simuleren die uitsluitend uit Clifford-poorten bestaan. Alle bestaande uitbreidingen van deze simulatie naar willekeurige kwantumcircuits, inclusief niet-Clifford-poorten, lijden echter onder een exponentiรซle looptijd.
Om deze uitdaging aan te gaan, presenteren we een nieuwe aanpak voor efficiรซnte stabilisatiesimulatie op willekeurige kwantumcircuits, ten koste van verloren precisie. Ons belangrijkste idee is om een โ€‹โ€‹exponentiรซle somrepresentatie van de kwantumtoestand te comprimeren in een enkele $abstracte summand die (tenminste) alle voorkomende summands omvat. Dit stelt ons in staat een $textit{abstracte stabilisatorsimulator}$ te introduceren die op efficiรซnte wijze abstracte summands manipuleert door het effect van circuitbewerkingen, waaronder Clifford-poorten, niet-Clifford-poorten en (interne) metingen, $over-benaderen$.
We hebben onze abstracte simulator geรฏmplementeerd in een tool genaamd Abstraqt en hebben experimenteel aangetoond dat Abstraqt circuiteigenschappen kan vaststellen die moeilijk hanteerbaar zijn voor bestaande technieken.

Samenvatting: Analyse van kwantumcircuits via abstracte stabilisatorsimulatie PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

Uitgelichte afbeelding: Abstraqt comprimeert een exponentiรซle somrepresentatie van de kwantumtoestand in รฉรฉn enkele abstracte sommatie.

โ–บ BibTeX-gegevens

โ–บ Referenties

[1] Daniรซl Gottesman. "De Heisenberg-vertegenwoordiging van kwantumcomputers". Technisch rapport arXiv:quant-ph/โ€‹9807006. arXiv (1998).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.48550/โ€‹arXiv.quant-ph/โ€‹9807006
arXiv: quant-ph / 9807006

[2] Scott Aaronson en Daniel Gottesman. "Verbeterde simulatie van stabilisatorcircuits". Fysieke beoordeling A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal en Brad Lackey. "Gottesman-types uitbreiden tot voorbij de clifford-groep". In de tweede internationale workshop over programmeertalen voor kwantumcomputing (PLanQC 2021). (2021). url: https://โ€‹/โ€‹pldi21.sigplan.org/โ€‹details/โ€‹planqc-2021-papers/โ€‹9/โ€‹Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group.
https://โ€‹/โ€‹pldi21.sigplan.org/โ€‹details/โ€‹planqc-2021-papers/โ€‹9/โ€‹Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group

[4] Aleks Kissinger en John van de Wetering. "Het simuleren van kwantumcircuits met ZX-calculus verminderde decomposities van stabilisatoren". Kwantumwetenschap en technologie 7, 044001 (2022).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1088/โ€‹2058-9565/โ€‹ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset en Mark Howard. "Simulatie van kwantumcircuits door stabilisatordecomposities van lage rang". Kwantum 3, 181 (2019).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa en Stephen D. Bartlett. "Snelle schatting van uitkomstkansen voor kwantumcircuits". PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] "Klassieke simulatie van kwantumcircuits met gedeeltelijke en grafische stabilisatordecomposities". Schloss Dagstuhl โ€“ Leibniz-Zentrum fรผr Informatik (2022).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.4230/โ€‹LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot en Radhia Cousot. "Abstracte interpretatie: een uniform roostermodel voor statische analyse van programma's door constructie of benadering van fixpoints". In Proceedings van het 4e ACM SIGACT-SIGPLAN-symposium over de principes van programmeertalen. Pagina's 238โ€“252. POPL '77New York, NY, VS (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Patrick Cousot en Radhia Cousot. "Abstracte interpretatiekaders". Journal of Logic and Computation 2, 511โ€“547 (1992).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1093/โ€‹logcom/โ€‹2.4.511

[10] Bruno Blanchet, Patrick Cousot, Radhia Cousot, Jรฉrome Feret, Laurent Mauborgne, Antoine Minรฉ, David Monniaux en Xavier Rival. "Een statische analysator voor grote veiligheidskritische software". ACM SIGPLAN-kennisgevingen 38, 196โ€“207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Francesco Logozzo en Manuel Fรคhndrich. โ€œPentagons: een zwak relationeel abstract domein voor de efficiรซnte validatie van array-toegangenโ€. Wetenschap van computerprogrammering 75, 796โ€“807 (2010).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1016/โ€‹j.scico.2009.04.004

[12] Timon Gehr, Matthew Mirman, Dana Drachsler-Cohen, Petar Tsankov, Swarat Chaudhuri en Martin Vechev. "AI2: Veiligheids- en robuustheidscertificering van neurale netwerken met abstracte interpretatie". In 2018 IEEE-symposium over beveiliging en privacy (SP). Pagina's 3โ€“18. San Francisco, Californiรซ (2018). IEEE.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen en Isaac L. Chuang. "Kwantumberekening en kwantuminformatie: 10e jubileumeditie". Cambridge University Press. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[14] Gadi Aleksandrowicz, Thomas Alexander, Panagiotis Barkoutsos, Luciano Bello, Yael Ben-Haim, David Bucher, Francisco Jose Cabrera-Hernรกndez, Jorge Carballo-Franquis, Adrian Chen, Chun-Fu Chen, Jerry M. Chow, Antonio D. Cรณrcoles-Gonzales , Abigail J. Cross, Andrew Cross, Juan Cruz-Benito, Chris Culver, Salvador De La Puente Gonzรกlez, 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, ลukasz Herok, Hiroshi Horii, Shaohan Hu, Takashi Imamichi, Toshinari Itoko, Ali Javadi-Abhari, Naoki Kanazawa, Anton Karazeev, Kevin Krsulich, Peng Liu, Yang Luh, Yunho Maeng, Manoel Marques, Francisco Jose Martรญn-Fernรกndez, Douglas T. McClure, David McKay, Srujan Meesala, Antonio Mezzacapo, Nikolaj Moll, Diego Moreda Rodrรญguez, Giacomo Nannicini, Paul Nation , Pauline Ollitrault, Lee James O'Riordan, Hanhee Paik, Jesรบs Pรฉrez, Anna Phan, Marco Pistoia, Viktor Prutyanov, Max Reuter, Julia Rice, Abdรณn Rodrรญguez 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 Wรถrner, Ismail Yunus Akhalwaya en Christa Zoufal. โ€œQiskit: een open-sourceframework voor kwantumcomputingโ€ (2019).

[15] Charles R. Harris, K. Jarrod Millman, Stรฉfan 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 Fernรกndez del Rรญo, Mark Wiebe, Pearu Peterson, Pierre Gรฉrard-Marchant, Kevin Sheppard, Tyler Reddy, Warren Weckesser, Hameer Abbasi, Christoph Gohlke en Travis E. Oliphant. "Array-programmering met NumPy". Natuur 585, 357-362 (2020).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1038/โ€‹s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou en Stanley Seibert. "Numba: een op LLVM gebaseerde Python JIT-compiler". In Proceedings van de tweede workshop over de LLVM-compilerinfrastructuur in HPC. Pagina's 1โ€“6. LLVM '15New York, NY, VS (2015). Vereniging voor computermachines.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Craig Gidney. "Stim: een snelle stabilisatorcircuitsimulator". Kwantum 5, 497 (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.22331/โ€‹q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. โ€œHackers genotโ€. Addison-Wesley Professional. (2012). 2e editie.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Aleks Kissinger en John van de Wetering. "PyZX: Grootschalig geautomatiseerd diagrammatisch redeneren". In Bob Coecke en Matthew Leifer, redacteuren, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, VS, 10-14 juni 2019. Deel 318 van Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, pagina's 229โ€“241. Open Uitgeversvereniging (2020).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Mattheรผs Amy. โ€˜Op weg naar grootschalige functionele verificatie van universele kwantumcircuitsโ€™. Elektronische procedures in de theoretische computerwetenschappen 287, 1โ€“21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu en Jens Palsberg. "Kwantumabstracte interpretatie". In Proceedings van de 42e ACM SIGPLAN internationale conferentie over programmeertaalontwerp en -implementatie. Pagina's 542-558. PLDI 2021New York, NY, VS (2021). Vereniging voor computermachines.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Antoine Minรฉ. "Zwak relationele numerieke abstracte domeinen". Proefschrift (2004). url: https://โ€‹/โ€‹www-apr.lip6.fr/โ€‹ mine/โ€‹these/โ€‹these-color.pdf.
https://โ€‹/โ€‹www-apr.lip6.fr/โ€‹~mine/โ€‹these/โ€‹these-color.pdf

[23] Simon Perdrix. "Quantumverstrengelingsanalyse op basis van abstracte interpretatie". In Proceedings van het 15e Internationale Symposium over statische analyse. Pagina's 270โ€“282. SAS '08Berlijn, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. "Analyse van kwantumverstrengeling in kwantumprogramma's met behulp van stabilisatorformalisme". Elektronische procedures in theoretische computerwetenschappen 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li en Michael Hicks. "Bewijzen dat kwantumprogramma's correct zijn". Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 193, 21: 1โ€“21: 19 (2021).
https://โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.4230/โ€‹LIPIcs.ITP.2021.21

[26] Christophe Chareton, Sรฉbastien Bardin, Franรงois Bobot, Valentin Perrelle en Benoรฎt Valiron. "Een geautomatiseerd deductief verificatieframework voor kwantumprogramma's voor het bouwen van circuits". In programmeertalen en systemen. Pagina's 148โ€“177. Springer Internationale Publishing (2021).
https:/โ€‹/โ€‹doi.org/โ€‹10.1007/โ€‹978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying en Xiaodi Wu. โ€˜Invarianten van kwantumprogrammaโ€™s: karakteriseringen en generatieโ€™. SIGPLAN Niet. 52, 818-832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Geciteerd door

Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2023-11-20 15:19:03: Kon geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2023-11-20-1185 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd. Aan SAO / NASA ADS er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-11-20 15:19:04).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Tijdstempel:

Meer van Quantum Journaal