Abstraqt: Analyse av kvantekretser via abstrakt stabilisatorsimulering

Abstraqt: Analyse av kvantekretser via abstrakt stabilisatorsimulering

Tidsstempel: 20. november 2023, kl

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader og Martin Vechev

ETH Zürich, Sveits

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Stabilisatorsimulering kan effektivt simulere en viktig klasse av kvantekretser som utelukkende består av Clifford-porter. Imidlertid lider alle eksisterende utvidelser av denne simuleringen til vilkårlige kvantekretser inkludert ikke-Clifford-porter av en eksponentiell kjøretid.
For å møte denne utfordringen presenterer vi en ny tilnærming for effektiv stabilisatorsimulering på vilkårlige kvantekretser, på bekostning av tapt presisjon. Vår nøkkelide er å komprimere en eksponentiell sumrepresentasjon av kvantetilstanden til en enkelt $abstract$ summand som dekker (minst) alle forekommende summeringer. Dette lar oss introdusere en $textit{abstrakt stabilisatorsimulator}$ som effektivt manipulerer abstrakte summeringer ved å $over-approksimere effekten av kretsoperasjoner inkludert Clifford-porter, ikke-Clifford-porter og (interne) målinger.
Vi implementerte vår abstrakte simulator i et verktøy kalt Abstraqt og demonstrerer eksperimentelt at Abstraqt kan etablere kretsegenskaper som er vanskelige for eksisterende teknikker.

Abstraqt: Analyse av kvantekretser via Abstrakt Stabilisator Simulering PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikalt søk. Ai.

Utvalgt bilde: Abstraqt komprimerer en eksponentiell sumrepresentasjon av kvantetilstanden til en enkelt abstrakt summand.

► BibTeX-data

► Referanser

[1] Daniel Gottesman. "Heisenberg-representasjonen av kvantedatamaskiner". Teknisk rapport arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arxiv: Quant-ph / 9807006

[2] Scott Aaronson og Daniel Gottesman. "Forbedret simulering av stabilisatorkretser". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal og Brad Lackey. "Utvider godesman-typer utover clifford-gruppen". I det andre internasjonale verkstedet om programmeringsspråk for kvanteberegning (PLanQC 2021). (2021). url: https://​/​pldi21.sigplan.org/​details/​planqc-2021-papers/​9/​Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group.
https://​/​pldi21.sigplan.org/​details/​planqc-2021-papers/​9/​Extending-Gottesman-Types-Beyond-the-Clifford-Group

[4] Aleks Kissinger og John van de Wetering. "Simulering av kvantekretser med ZX-kalkulus reduserte stabilisatordekomponeringer". Quantum Science and Technology 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset og Mark Howard. "Simulering av kvantekretser ved stabilisatordekomponeringer med lav rang". Quantum 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa og Stephen D. Bartlett. "Rask estimering av utfallssannsynligheter for kvantekretser". PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] "Klassisk simulering av kvantekretser med delvise og grafiske stabilisatordekomponeringer". Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot og Radhia Cousot. "Abstrakt tolkning: En enhetlig gittermodell for statisk analyse av programmer ved konstruksjon eller tilnærming av fikspunkter". I Proceedings of the 4th ACM SIGACT-SIGPLAN Symposium on Principles of Programming Languages. Side 238–252. POPL '77New York, NY, USA (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Patrick Cousot og Radhia Cousot. "Abstrakte tolkningsrammer". Journal of logic and computation 2, 511–547 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

[10] Bruno Blanchet, Patrick Cousot, Radhia Cousot, Jérome Feret, Laurent Mauborgne, Antoine Miné, David Monniaux og Xavier Rival. "En statisk analysator for stor sikkerhetskritisk programvare". ACM SIGPLAN Notices 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Francesco Logozzo og Manuel Fähndrich. "Pentagons: Et svakt relasjonelt abstrakt domene for effektiv validering av matrisetilganger". Science of Computer Programming 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 og Martin Vechev. "AI2: Sikkerhets- og robusthetssertifisering av nevrale nettverk med abstrakt tolkning". I 2018 IEEE Symposium on Security and Privacy (SP). Side 3–18. San Francisco, CA (2018). IEEE.
https: / / doi.org/ 10.1109 / SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen og Isaac L. Chuang. "Kvanteberegning og kvanteinformasjon: 10-årsjubileumsutgave". 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-Hernández, Jorge Carballo-Franquis, Adrian Chen, Chun-Fu Chen, Jerry M. Chow, Antonio D. Córcoles-Gonzales , 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, Kan Ali Javadi-Abharazi, Naok, Anton Karazeev, Kevin Krsulich, Peng Liu, Yang Luh, Yunho Maeng, Manoel Marques, Francisco Jose Martín-Fernández, Douglas T. McClure, David McKay, Srujan Meesala, Antonio Mezzacapo, Nikolaj Moll, Diego Moreda Rodríguez, Giacomo Nannicini, Paul Nation , Pauline Ollitrault, Lee James O'Riordan, Hanhee Paik, 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 og Christa Zoufal. "Qiskit: Et rammeverk med åpen kildekode for kvanteberegning" (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 og Travis E. Oliphant. "Array-programmering med NumPy". Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou og Stanley Seibert. "Numba: en LLVM-basert Python JIT-kompilator". I Proceedings of the Second Workshop om LLVM-kompilatorinfrastrukturen i HPC. Side 1–6. LLVM '15New York, NY, USA (2015). Foreningen for datamaskiner.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Craig Gidney. "Stim: en rask stabilisatorkretssimulator". Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. "Hackers glede". Addison-Wesley Professional. (2012). 2. utgave.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Aleks Kissinger og John van de Wetering. "PyZX: Automatiserte diagrammatiske resonnementer i stor skala". I Bob Coecke og Matthew Leifer, redaktører, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, USA., 10.–14. juni 2019. Volum 318 av Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, side 229–241. Åpen forlagsforening (2020).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Matthew Amy. "Mot storskala funksjonell verifisering av universelle kvantekretser". Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu og Jens Palsberg. "Kvanteabstrakt tolkning". I Proceedings of the 42nd ACM SIGPLAN International Conference on Programming Language Design and Implementation. Side 542–558. PLDI 2021New York, NY, USA (2021). Foreningen for datamaskiner.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Antoine Miné. "Svake relasjonelle numeriske abstrakte domener". PhD-avhandling (2004). url: https://​/​www-apr.lip6.fr/​mine/​disse/​disse-farge.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Simon Perdrix. "Kvantesammenfiltringsanalyse basert på abstrakt tolkning". I Proceedings of the 15th International Symposium on Static Analysis. Side 270–282. SAS '08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. "Analyse av kvanteforviklinger i kvanteprogrammer ved bruk av stabilisatorformalisme". Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li og Michael Hicks. "Bevise at kvanteprogrammer er riktige". Leibniz International Proceedings in Informatics (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 og Benoît Valiron. "Et automatisert deduktivt verifikasjonsrammeverk for kretsbyggende kvanteprogrammer". I programmeringsspråk og systemer. Side 148–177. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying og Xiaodi Wu. "Invarianter av kvanteprogrammer: Karakteriseringer og generasjon". SIGPLAN Ikke. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Sitert av

Kunne ikke hente Crossref sitert av data under siste forsøk 2023-11-20 15:19:03: Kunne ikke hente siterte data for 10.22331 / q-2023-11-20-1185 fra Crossref. Dette er normalt hvis DOI nylig ble registrert. På SAO / NASA ADS ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-11-20 15:19:04).

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.

Tidstempel:

Mer fra Kvantejournal