1Photonics Research Group, INTEC, Ghent University – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Ghent, Belgia
2Télécom Paris og Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Frankrike
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Canada
4Kadanoff Center for Theoretical Physics og Enrico Fermi Institute, Institutt for fysikk, University of Chicago, Chicago, IL 60637
Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Lineære optiske kvantekretser med fotonnummeroppløsningsdetektorer (PNR) brukes for både Gaussian Boson Sampling (GBS) og for forberedelse av ikke-Gaussiske tilstander som Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat og NOON-tilstander. De er avgjørende i mange ordninger for kvanteberegning og kvantemetrologi. Klassisk optimalisering av kretser med PNR-detektorer er utfordrende på grunn av deres eksponentielt store Hilbert-rom, og kvadratisk mer utfordrende i nærvær av dekoherens ettersom tilstandsvektorer erstattes av tetthetsmatriser. For å takle dette problemet introduserer vi en familie av algoritmer som beregner deteksjonssannsynligheter, betingede tilstander (så vel som deres gradienter med hensyn til kretsparametriseringer) med en kompleksitet som er sammenlignbar med det støyløse tilfellet. Som en konsekvens kan vi simulere og optimere kretser med dobbelt så mange moduser som vi kunne før, ved å bruke de samme ressursene. Mer presist, for en $M$-modus støyende krets med oppdagede moduser $D$ og uoppdagede moduser $U$, er kompleksiteten til algoritmen vår $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu i mskip2mu D} C_i)$, i stedet for $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu i mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, der $C_i$ er Fock cutoff for modus $i$ . Som et spesifikt tilfelle tilbyr vår tilnærming en full kvadratisk speedup for å beregne deteksjonssannsynligheter, da alle moduser blir oppdaget. Til slutt er disse algoritmene implementert og klare til bruk i det åpne kildekodefotoniske optimaliseringsbiblioteket MrMustard.
Animerte versjoner av noen figurer i manuskriptet (GIF-er) er inkludert i tilleggsmaterialet.
Populært sammendrag
Forskere kan stole på klassiske datamaskiner for å simulere og optimalisere disse kretsene. Imidlertid er slike numeriske simuleringer grunnleggende utfordrende, spesielt ettersom størrelsen på kretsen vokser (hvis kvantekretser kunne simuleres effektivt, ville de ikke kunne utkonkurrere klassiske datamaskiner i utgangspunktet). Mer presist, ettersom kretser vokser seg større, øker både tiden som trengs for simuleringer og det nødvendige dataminnet eksponentielt. Det er lite man kan gjøre for å slippe unna dette.
Denne utfordringen blir enda større når vi beveger oss bort fra ideelle kretsløp og vi tar hensyn til at en del av lyset uunngåelig slipper ut av kretsen. Å inkludere slike realistiske effekter legger til en kvadratisk økning i beregningskrav på toppen av den eksisterende eksponentielle veksten. I dette manuskriptet introduserer vi en ny familie av algoritmer som kan ta hensyn til slike virkelige effekter uten å legge til den ekstra kvadratiske belastningen. Dette lar oss simulere og optimere realistiske kretsløp med samme innsats som ideelle.
► BibTeX-data
► Referanser
[1] Juan Miguel Arrazola og Thomas R. Bromley. Bruke Gaussisk boson-prøvetaking for å finne tette subgrafer. 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 og Patrick Rebentrost. Tilnærmet kvanteoptimalisering med Gaussisk bosonsampling. Physical Review 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 og Juan Miguel Arrazola. Molekylær dokking med Gaussisk bosonprøvetaking. Science Advances, 6 (23), juni 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada og Juan Miguel Arrazola. Trening av Gaussiske bosonprøvefordelinger. Physical Review 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. Blåkopi for en skalerbar fotonisk feiltolerant kvantedatamaskin. 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 og Christian Weedbrook. Gaussisk bosonsampling for perfekt matching av vilkårlige grafer. Physical Review 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 og Daiqin Su. Grafisk isomorfisme og Gaussisk bosonprøvetaking. Spesialmatriser, 9 (1): 166–196, januar 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 og Nathan Killoran. Anvendelser av kortsiktige fotoniske kvantedatamaskiner: programvare og algoritmer. 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. Grensen for kvantefordel i Gaussisk bosonprøvetaking. Science advances, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill og Roy J. Glauber. Tetthetsoperatorer og kvasi-sannsynlighetsfordelinger. 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 og Akira Furusawa. Effektiv backcasting-søk for optisk kvantetilstandssyntese. Phys. Rev. Lett., 128: 240503, juni 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry og Peter L. Knight. Innledende kvanteoptikk. Cambridge University Press, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev og John Preskill. Koding av en qubit i en oscillator. Phys. 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 og Igor Jex. Gaussisk bosonprøvetaking. Phys. Rev. Lett., 119: 170501, oktober 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh og Man-Hong Yung. Vibronic boson prøvetaking: Generalisert Gaussisk boson prøvetaking for molekylære vibroniske spektre ved endelig temperatur. Scientific Reports, 7 (1), august 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada og Nathan Killoran. Punktprosesser med Gaussisk bosonprøvetaking. Physical Review E, 101 (2), februar 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 og Igor Jex. Detaljert studie av Gaussisk bosonprøvetaking. Phys. Rev. A, 100: 032326, september 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto og Nicolás Quesada. Rask optimalisering av parametriserte kvanteoptiske kretser. 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 og Liang Jiang. Tensornettverksalgoritme for simulering av eksperimentell Gaussisk bosonsampling. arXiv preprint 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 faktorer ved å telle perfekte samsvar mellom grafer med løkker. 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 og Krishna K. Sabapathy. Simulerer realistisk ikke-Gaussisk statsforberedelse. Phys. Rev. A, 100: 022341, august 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac og Christian Weedbrook. Produksjon av fotoniske universelle kvanteporter forbedret av maskinlæring. Phys. 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 og Nathan Killoran. Evaluering av analytiske gradienter på kvantemaskinvare. Phys. 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 og Brajesh Gupt. Måling av likheten til grafer med en Gaussisk bosonsampler. Physical Review A, 101 (3), mars 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers og Krishna K. Sabapathy. Konvertering av Gaussiske stater til ikke-Gaussiske stater ved bruk av fotonnummeroppløselige detektorer. Phys. 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 og Krishna K. Sabapathy. Generering av fotoniske ikke-Gaussiske tilstander ved å måle multimode Gaussiske tilstander. arXiv forhåndstrykk 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 og Akira Furusawa. Generering av optiske Schrödinger-katttilstander ved generalisert fotonsubtraksjon. Phys. Rev. A, 103: 013710, januar 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 og Akira Furusawa. Gaussisk avl for koding av en qubit i forplantningslys. arXiv preprint arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arxiv: 2212.05436
[29] Xanadu Quantum Technologies. Mr Mustard. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci og Krishna K. Sabapathy. Fremgang mot praktisk qubit-beregning ved å bruke omtrentlige Gottesman-Kitaev-Preskill-koder. Phys. Rev. A, 101: 032315, mars 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto og Nicolás Quesada. Den rekursive representasjonen av Gaussisk kvantemekanikk. arXiv preprint arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arxiv: 2209.06069
Sitert av
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz og Xi Chen, "Photonic counterdiabatic quantum optimization algorithm", arxiv: 2307.14853, (2023).
Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-08-30 03:00:49). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.
On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-08-30 03:00:47).
Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- ChartPrime. Hev handelsspillet ditt med ChartPrime. Tilgang her.
- BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
- kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :er
- :ikke
- :hvor
- 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
- I stand
- ovenfor
- ABSTRACT
- adgang
- Logg inn
- legge
- Legger
- forfremmelse
- fremskritt
- Fordel
- tilknytning
- AL
- alex
- Alexander
- algoritme
- algoritmer
- Alle
- tillater
- an
- analytisk
- og
- søknader
- tilnærming
- tilnærmet
- ER
- AS
- At
- august
- August
- forfatter
- forfattere
- borte
- Ban
- BE
- blir
- vært
- før du
- være
- Bell
- ben
- Bill
- Blocks
- Higgs
- både
- grense
- Break
- Bygning
- by
- beregne
- beregning
- cambridge
- CAN
- saken
- casey
- CAT
- sentrum
- utfordre
- utfordrende
- kjemisk
- chen
- Chicago
- Christine
- Christopher
- koder
- kommentere
- Commons
- sammenlign
- fullføre
- komplekse
- kompleksitet
- beregningen
- datamaskin
- datamaskiner
- databehandling
- Konvertering
- copyright
- kunne
- telling
- Craig
- avgjørende
- kopp
- Daniel
- dato
- krav
- Avdeling
- designet
- detaljert
- oppdaget
- Gjenkjenning
- diskutere
- Distribusjoner
- do
- to
- e
- E&T
- effekter
- effektiv
- effektivt
- innsats
- forbedret
- flykte
- spesielt
- evaluere
- Selv
- eksisterende
- eksperimentell
- eksponentiell
- Eksponensiell vekst
- eksponentielt
- ekstra
- faktorer
- familie
- FAST
- Februar
- februar 2020
- felt
- tall
- Endelig
- Finn
- Først
- Til
- funnet
- fra
- fullt
- fundamentalt
- Gates
- generere
- generasjonen
- gradienter
- graf
- grafer
- større
- Gruppe
- Grow
- Vokser
- Vekst
- Hamilton
- maskinvare
- harvard
- Ha
- holdere
- Men
- HTTPS
- i
- ideell
- if
- bilde
- implementert
- in
- inkludert
- innlemme
- Øke
- uunngåelig
- ING
- Institute
- institusjoner
- interessant
- internasjonalt
- inn
- introdusere
- innledende
- Israel
- jan
- Januar
- januar 2021
- Javascript
- John
- jones
- journal
- John
- Juli
- juni
- Knight
- stor
- større
- Siste
- læring
- Permisjon
- Bibliotek
- Tillatelse
- lett
- i likhet med
- linda
- Liste
- lite
- laste
- maskin
- maskinlæring
- gjøre
- mange
- Mars
- marsj 2020
- Mary
- merke
- materialer
- max bredde
- Kan..
- måling
- mekanikk
- Minne
- Justervesenet
- Michael
- Mote
- moduser
- molekyl~~POS=TRUNC
- Måned
- mer
- flytte
- nødvendig
- nettverk
- Ny
- Nicolas
- Nei.
- November
- Antall
- oktober
- of
- Tilbud
- oh
- on
- ONE
- seg
- åpen
- åpen kildekode
- operatører
- optikk
- optimalisering
- Optimalisere
- optimalisere
- or
- original
- vår
- outperform
- sider
- Papir
- paris
- del
- Spesielt
- Patrick
- paul
- perfekt
- Peter
- fysisk
- fysisk
- Fysikk
- sentral
- Sted
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Spille
- Point
- potensiell
- Praktisk
- nettopp
- forberedelse
- forbereder
- tilstedeværelse
- trykk
- Problem
- Prosesser
- Produksjon
- Progress
- gi
- publisert
- utgiver
- utgivere
- Qi
- kvadratisk
- Quantum
- kvantefordel
- Kvantedatamaskin
- kvante datamaskiner
- kvanteberegning
- Kvantemekanikk
- Kvanteoptikk
- qubit
- R
- Rafael
- heller
- klar
- virkelige verden
- realistisk
- realisert
- rekursiv
- referanser
- avhengige
- forblir
- erstattet
- Rapporter
- representasjon
- påkrevd
- forskning
- løse
- Ressurser
- respekt
- anmeldelse
- ROBERT
- Rolle
- roy
- s
- samme
- skalerbar
- ordninger
- Vitenskap
- Vitenskap og teknologi
- vitenskapelig
- Søk
- September
- betjene
- presentere
- lignende
- Størrelse
- Software
- noen
- Rom
- spesiell
- Tilstand
- Stater
- Studer
- underbilder
- vellykket
- slik
- egnet
- overgå
- takle
- Ta
- Technologies
- Teknologi
- enn
- Det
- De
- deres
- teoretiske
- Der.
- Disse
- de
- denne
- tid
- Tittel
- til
- topp
- toronto
- mot
- Kurs
- To ganger
- etter
- Universell
- universitet
- University of Chicago
- oppdatert
- URL
- us
- bruke
- brukt
- ved hjelp av
- versjoner
- volum
- ønsker
- var
- we
- VI VIL
- når
- hvilken
- med
- uten
- virker
- xi
- år
- yuan
- zephyrnet