1Photonics Research Group, INTEC, Universiteit Gent – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gent, België
2Télécom Paris en Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Frankrijk
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Canada
4Kadanoff Centrum voor Theoretische Fysica en Enrico Fermi Instituut, Afdeling Natuurkunde, Universiteit van Chicago, Chicago, IL 60637
Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.
Abstract
Lineaire optische kwantumcircuits met detectoren voor het oplossen van fotonen (PNR) worden gebruikt voor zowel Gaussiaanse Boson Sampling (GBS) als voor de voorbereiding van niet-Gaussiaanse toestanden zoals Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat- en NOON-toestanden. Ze zijn cruciaal in veel schema's van kwantumcomputers en kwantummetrologie. Het klassiek optimaliseren van circuits met PNR-detectoren is een uitdaging vanwege hun exponentieel grote Hilbertruimte, en kwadratisch uitdagender in de aanwezigheid van decoherentie, aangezien toestandsvectoren worden vervangen door dichtheidsmatrices. Om dit probleem aan te pakken, introduceren we een familie van algoritmen die detectiekansen en voorwaardelijke toestanden (evenals hun gradiënten met betrekking tot circuitparametrisaties) berekenen met een complexiteit die vergelijkbaar is met het ruisloze geval. Als gevolg hiervan kunnen we circuits simuleren en optimaliseren met tweemaal zoveel modi als voorheen, met gebruikmaking van dezelfde middelen. Preciezer gezegd, voor een $M$-modus luidruchtig circuit met gedetecteerde modi $D$ en niet-gedetecteerde modi $U$, is de complexiteit van ons algoritme $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu in mskip2mu D} C_i)$, in plaats van $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu in mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, waarbij $C_i$ de Fock-cutoff is van modus $i$ . In een specifiek geval biedt onze aanpak een volledige kwadratische versnelling voor het berekenen van detectiekansen, omdat in dat geval alle modi worden gedetecteerd. Ten slotte zijn deze algoritmen geïmplementeerd en klaar voor gebruik in de open-source fotonische optimalisatiebibliotheek MrMustard.
Geanimeerde versies van sommige figuren in het manuscript (GIF's) zijn opgenomen in de aanvullende materialen.
Populaire samenvatting
Wetenschappers kunnen vertrouwen op klassieke computers om deze circuits te simuleren en te optimaliseren. Dergelijke numerieke simulaties vormen echter een fundamentele uitdaging, vooral omdat de omvang van het circuit groeit (als kwantumcircuits efficiënt zouden kunnen worden gesimuleerd, zouden ze überhaupt niet beter kunnen presteren dan klassieke computers). Om preciezer te zijn, naarmate circuits groter worden, nemen zowel de tijd die nodig is voor simulaties als het benodigde computergeheugen exponentieel toe. Er is weinig dat men kan doen om hieraan te ontsnappen.
Deze uitdaging wordt nog groter als we afstand nemen van ideale circuits en er rekening mee houden dat een deel van het licht onvermijdelijk uit het circuit ontsnapt. Het integreren van dergelijke realistische effecten voegt een kwadratische toename van de rekenvereisten toe bovenop de bestaande exponentiële groei. In dit manuscript introduceren we een nieuwe familie van algoritmen die rekening kunnen houden met dergelijke reële effecten zonder de extra kwadratische belasting toe te voegen. Hierdoor kunnen we realistische circuits simuleren en optimaliseren met dezelfde inspanning als ideale circuits.
► BibTeX-gegevens
► Referenties
[1] Juan Miguel Arrazola en Thomas R. Bromley. Gaussiaanse bosonbemonstering gebruiken om dichte subgrafen te vinden. Physical Review Letters, 121 (3), juli 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley en Patrick Rebentrost. Kwantum-geschatte optimalisatie met Gauss-bosonbemonstering. Fysieke beoordeling A, 98 (1), juli 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing en Juan Miguel Arrazola. Moleculaire koppeling met Gauss-bosonbemonstering. Wetenschapsvooruitgang, 6 (23), juni 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada en Juan Miguel Arrazola. Gaussiaanse bosonbemonsteringsverdelingen trainen. Fysieke beoordeling A, 102 (1): 012417, 2020b. 10.1103/PhysRevA.102.012417.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012417
[5] J. Eli Bourassa, Rafael N. Alexander, Michael Vasmer, Ashlesha Patil, Ilan Tzitrin, Takaya Matsuura, Daiqin Su, Ben Q. Baragiola, Saikat Guha, Guillaume Dauphinais, et al. Blauwdruk voor een schaalbare fotonische fouttolerante kwantumcomputer. Quantum, 5: 392, 2021. 10.22331/q-2021-02-04-392.
https://doi.org/10.22331/q-2021-02-04-392
[6] Kamil Brádler, Pierre-Luc Dallaire-Demers, Patrick Rebentrost, Daiqin Su en Christian Weedbrook. Gaussiaanse bosonbemonstering voor perfecte overeenkomsten van willekeurige grafieken. Fysieke beoordeling A, 98 (3), september 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
[7] Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran en Daiqin Su. Grafiekisomorfisme en Gaussiaanse bosonbemonstering. Special Matrices, 9 (1): 166–196, januari 2021. 10.1515/spma-2020-0132.
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132
[8] Thomas R. Bromley, Juan Miguel Arrazola, Soran Jahangiri, Josh Izaac, Nicolás Quesada, Alain D. Gran, Maria Schuld, Jeremy Swinarton, Zeid Zabaneh en Nathan Killoran. Toepassingen van fotonische kwantumcomputers op korte termijn: software en algoritmen. Quantum Science and Technology, 5 (3): 034010, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8504.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8504
[9] Jacob FF Bulmer, Bryn A. Bell, Rachel S. Chadwick, Alex E. Jones, Diana Moise, Alessandro Rigazzi, Jan Thorbecke, Utz-Uwe Haus, Thomas Van Vaerenbergh, Raj B. Patel, et al. De grens voor kwantumvoordeel bij Gauss-bosonbemonstering. Science Advances, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill en Roy J. Glauber. Dichtheidsoperatoren en quasi-waarschijnlijkheidsverdelingen. Physical Review, 177 (5): 1882, 1969. 10.1103/PhysRev.177.1882.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882
[11] Kosuke Fukui, Shuntaro Takeda, Mamoru Endo, Warit Asavanant, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock en Akira Furusawa. Efficiënt backcasting-zoeken naar optische kwantumtoestandsynthese. Fys. Rev. Lett., 128: 240503, juni 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry en Peter L. Knight. Inleidende kwantumoptica. Universitaire pers van Cambridge, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev en John Preskill. Het coderen van een qubit in een oscillator. Fys. Rev. A, 64: 012310, juni 2001. 10.1103/PhysRevA.64.012310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310
[14] Craig S. Hamilton, Regina Kruse, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn en Igor Jex. Gaussische bosonbemonstering. Fys. Rev. Lett., 119: 170501, oktober 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh en Man-Hong Yung. Vibronische bosonbemonstering: gegeneraliseerde Gaussiaanse bosonbemonstering voor moleculaire vibronische spectra bij eindige temperatuur. Scientific Reports, 7 (1), augustus 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada en Nathan Killoran. Puntprocessen met Gaussische bosonbemonstering. Fysieke recensie E, 101 (2), februari 2020. 10.1103/physreve.101.022134.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreve.101.022134
[17] Regina Kruse, Craig S. Hamilton, Linda Sansoni, Sonja Barkhofen, Christine Silberhorn en Igor Jex. Gedetailleerde studie van Gauss-bosonbemonstering. Fys. Rev. A, 100: 032326, september 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto en Nicolás Quesada. Snelle optimalisatie van geparametriseerde kwantumoptische circuits. Quantum, 4: 366, 2020. 10.22331/q-2020-11-30-366.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-30-366
[19] Changhun Oh, Minzhao Liu, Yuri Alexeev, Bill Fefferman en Liang Jiang. Tensornetwerkalgoritme voor het simuleren van experimentele Gauss-bosonbemonstering. arXiv voordruk arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Nicolás Quesada. Franck-Condon factoren door het tellen van perfecte overeenkomsten van grafieken met lussen. The Journal of Chemical Physics, 150 (16): 164113, 2019. 10.1063/1.5086387.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5086387
[21] Nicolás Quesada, Luke G. Helt, Josh Izaac, Juan Miguel Arrazola, Reihaneh Shahrokhshahi, Casey R. Myers en Krishna K. Sabapathy. Simuleren van realistische niet-Gaussische toestandsvoorbereiding. Fys. Rev. A, 100: 022341, augustus 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac en Christian Weedbrook. Productie van fotonische universele kwantumpoorten, verbeterd door machinaal leren. Fys. Rev. A, 100: 012326, juli 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac en Nathan Killoran. Evaluatie van analytische gradiënten op kwantumhardware. Fys. Rev. A, 99 (3): 032331, 2019. 10.1103/PhysRevA.99.032331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
[24] Maria Schuld, Kamil Brádler, Robert Israel, Daiqin Su en Brajesh Gupt. Het meten van de gelijkenis van grafieken met een Gaussische boson-sampler. Fysieke beoordeling A, 101 (3), maart 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers en Krishna K. Sabapathy. Conversie van Gaussische toestanden naar niet-Gaussische toestanden met behulp van detectoren voor het oplossen van fotonen. Fys. Rev. A, 100: 052301, november 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers en Krishna K. Sabapathy. Generatie van fotonische niet-Gaussiaanse toestanden door het meten van multimode Gaussische toestanden. arXiv voordruk arXiv:1902.02331, 2019b. 10.48550/arXiv.1902.02331.
https://doi.org/10.48550/arXiv.1902.02331
arXiv: 1902.02331
[27] Kan Takase, Jun-ichi Yoshikawa, Warit Asavanant, Mamoru Endo en Akira Furusawa. Generatie van optische Schrödinger-kattoestanden door gegeneraliseerde fotonenaftrekking. Fys. Rev. A, 103: 013710, januari 2021. 10.1103/PhysRevA.103.013710.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.013710
[28] Kan Takase, Kosuke Fukui, Akito Kawasaki, Warit Asavanant, Mamoru Endo, Jun-ichi Yoshikawa, Peter van Loock en Akira Furusawa. Gaussiaans fokken voor het coderen van een qubit bij het voortplanten van licht. arXiv voordruk arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Xanadu Quantum-technologieën. MeneerMosterd. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci en Krishna K. Sabapathy. Vooruitgang in de richting van praktische qubit-berekening met behulp van geschatte Gottesman-Kitaev-Preskill-codes. Fys. Rev. A, 101: 032315, maart 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto en Nicolás Quesada. De recursieve weergave van de Gaussische kwantummechanica. arXiv voordruk arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https://doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Geciteerd door
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz en Xi Chen, "Fotonisch counterdiabatisch kwantumoptimalisatie-algoritme", arXiv: 2307.14853, (2023).
Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-08-30 03:00:49). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.
On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-08-30 03:00:47).
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.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- ChartPrime. Verhoog uw handelsspel met ChartPrime. Toegang hier.
- BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
- Bron: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :is
- :niet
- :waar
- 1
- 10
- 100
- 11
- 12
- 121
- 13
- 14
- 15%
- 150
- 16
- 17
- 19
- 20
- 2001
- 2005
- 2017
- 2018
- 2019
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26%
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 49
- 7
- 8
- 9
- 98
- a
- in staat
- boven
- SAMENVATTING
- toegang
- Account
- toe te voegen
- Voegt
- vordering
- voorschotten
- Voordeel
- voorkeuren
- AL
- alex
- Alexander
- algoritme
- algoritmen
- Alles
- toestaat
- an
- analytisch
- en
- toepassingen
- nadering
- benaderend
- ZIJN
- AS
- At
- Aug
- Augustus
- auteur
- auteurs
- weg
- ban
- BE
- wordt
- geweest
- vaardigheden
- wezen
- Fietsbel
- ben
- Bill
- Blokken
- boson
- zowel
- grens
- Breken
- Gebouw
- by
- berekenen
- het berekenen van
- Cambridge
- CAN
- geval
- casey
- KAT
- Centreren
- uitdagen
- uitdagend
- chemisch
- chen
- chicago
- Christine
- Christopher
- codes
- commentaar
- Volk
- vergelijkbaar
- compleet
- complex
- ingewikkeldheid
- berekening
- computer
- computers
- computergebruik
- Camper ombouw
- auteursrecht
- kon
- telling
- Craig
- cruciaal
- beker
- Daniel
- gegevens
- eisen
- afdeling
- ontworpen
- gedetailleerd
- gedetecteerd
- Opsporing
- bespreken
- Uitkeringen
- do
- twee
- e
- E & T
- duurt
- doeltreffend
- efficiënt
- inspanning
- verbeterde
- ontsnappen
- vooral
- evalueren
- Zelfs
- bestaand
- experimenteel
- exponentiële
- Exponentiële groei
- exponentieel
- extra
- factoren
- familie
- SNELLE
- Februari
- februari 2020
- veld-
- Figuren
- Tot slot
- VIND DE PLEK DIE PERFECT VOOR JOU IS
- Voornaam*
- Voor
- gevonden
- oppompen van
- vol
- fundamenteel
- Gates
- voortbrengen
- generatie
- gradiënten
- diagram
- grafieken
- meer
- Groep
- Groeien
- Groeit
- Hamilton
- Hardware
- harvard
- Hebben
- houders
- Echter
- HTTPS
- i
- ideaal
- if
- beeld
- geïmplementeerd
- in
- inclusief
- opnemen
- Laat uw omzet
- onvermijdelijk
- ING
- Instituut
- instellingen
- interessant
- Internationale
- in
- voorstellen
- inleidende
- Israël
- jan
- Januari
- Januari 2021
- JavaScript
- John
- jones
- tijdschrift
- John
- juli-
- juni
- Ridder
- Groot
- groter
- Achternaam*
- leren
- Verlof
- Bibliotheek
- Vergunning
- licht
- als
- linda
- Lijst
- Elke kleine stap levert grote resultaten op!
- laden
- machine
- machine learning
- maken
- veel
- Maart
- maart 2020
- maria
- Mark
- materieel
- max-width
- Mei..
- het meten van
- mechanica
- Geheugen
- Metrologie
- Michael
- Mode
- modi
- moleculair
- Maand
- meer
- beweging
- nodig
- netwerk
- New
- Nicolas
- geen
- November
- aantal
- oktober
- of
- Aanbod
- oh
- on
- EEN
- degenen
- open
- open source
- exploitanten
- optiek
- optimalisatie
- Optimaliseer
- optimaliseren
- or
- origineel
- onze
- Overtreffen
- paginas
- Papier
- Parijs
- deel
- bijzonder
- patrick
- Paul
- Peter
- Fysiek
- fysiek
- Fysica
- centraal
- plaats
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- Spelen
- punt
- potentieel
- PRAKTISCH
- Precies
- voorbereiding
- Bereidt zich voor
- aanwezigheid
- pers
- probleem
- processen
- productie
- Voortgang
- zorgen voor
- gepubliceerde
- uitgever
- uitgevers
- Qi
- vierkant
- Quantum
- kwantumvoordeel
- Quantumcomputer
- quantum computers
- quantum computing
- Kwantummechanica
- Kwantumoptica
- qubit
- R
- Rafael
- liever
- klaar
- echte wereld
- realistisch
- realiseerde
- Recursieve
- referenties
- vertrouwen
- stoffelijk overschot
- vervangen
- Rapporten
- vertegenwoordiging
- nodig
- onderzoek
- oplossen
- Resources
- culturele wortels
- beoordelen
- ROBERT
- Rol
- roy
- s
- dezelfde
- schaalbare
- regelingen
- Wetenschap
- Wetenschap en Technologie
- wetenschappelijk
- Ontdek
- September
- dienen
- showcase
- gelijk
- Maat
- Software
- sommige
- Tussenruimte
- special
- Land
- Staten
- Studie
- subgrafieken
- Met goed gevolg
- dergelijk
- geschikt
- overtreffen
- aanpakken
- Nemen
- Technologies
- Technologie
- neem contact
- dat
- De
- hun
- theoretisch
- Er.
- Deze
- ze
- dit
- niet de tijd of
- Titel
- naar
- top
- toronto
- in de richting van
- Trainingen
- Twee keer
- voor
- Universeel
- universiteit-
- University of Chicago
- bijgewerkt
- URL
- us
- .
- gebruikt
- gebruik
- versies
- volume
- willen
- was
- we
- GOED
- wanneer
- welke
- Met
- zonder
- Bedrijven
- xi
- jaar
- Yuan
- zephyrnet