Streszczenie: Analiza obwodów kwantowych poprzez abstrakcyjną symulację stabilizatora

Streszczenie: Analiza obwodów kwantowych poprzez abstrakcyjną symulację stabilizatora

Znacznik czasu: 20 listopada 2023 10:17

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader i Martin Vechev

ETH Zurych, Szwajcaria

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Symulacja stabilizatora może skutecznie symulować ważną klasę obwodów kwantowych składających się wyłącznie z bramek Clifforda. Jednakże wszystkie istniejące rozszerzenia tej symulacji na dowolne obwody kwantowe, w tym bramki inne niż Clifford, charakteryzują się wykładniczym czasem działania.
Aby stawić czoła temu wyzwaniu, przedstawiamy nowatorskie podejście do wydajnej symulacji stabilizatora na dowolnych obwodach kwantowych, kosztem utraty precyzji. Naszą kluczową ideą jest skompresowanie reprezentacji sumy wykładniczej stanu kwantowego w pojedynczą sumę abstrakcyjną obejmującą (przynajmniej) wszystkie występujące sumy. To pozwala nam wprowadzić $textit{abstrakcyjny symulator stabilizatora}$, który skutecznie manipuluje abstrakcyjnymi sumami poprzez nadmierne przybliżanie efektu operacji obwodu, w tym bramek Clifforda, bramek innych niż Clifford i pomiarów (wewnętrznych).
Zaimplementowaliśmy nasz abstrakcyjny symulator w narzędziu o nazwie Abstraqt i eksperymentalnie zademonstrowaliśmy, że Abstraqt może ustalić właściwości obwodów trudne do wykorzystania w przypadku istniejących technik.

Streszczenie: Analiza obwodów kwantowych za pomocą abstrakcyjnej symulacji stabilizatora PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

Wyróżniony obraz: Abstraqt kompresuje reprezentację sumy wykładniczej stanu kwantowego w jedną abstrakcyjną sumę.

► Dane BibTeX

► Referencje

[1] Daniela Gottesmana. „Reprezentacja Heisenberga komputerów kwantowych”. Raport techniczny arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: quant-ph / 9807006

[2] Scotta Aaronsona i Daniela Gottesmana. „Ulepszona symulacja obwodów stabilizatora”. Przegląd fizyczny A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal i Brad Lackey. „Rozszerzenie typów Gottesmana poza grupę Clifford”. Podczas drugich międzynarodowych warsztatów na temat języków programowania w obliczeniach kwantowych (PLanQC 2021). (2021). adres 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 i John van de Wetering. „Symulowanie obwodów kwantowych za pomocą rachunku ZX zmniejsza rozkład stabilizatora”. Kwantowa nauka i technologia 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset i Mark Howard. „Symulacja obwodów kwantowych poprzez rozkłady stabilizatorów niskiego stopnia”. Kwant 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa i Stephen D. Bartlett. „Szybkie oszacowanie prawdopodobieństw wyników dla obwodów kwantowych”. PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: // doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] „Klasyczna symulacja obwodów kwantowych z częściowymi i graficznymi rozkładami stabilizatorów”. Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patricka Cousota i Radhii Cousot. „Interpretacja abstrakcyjna: ujednolicony model kratowy do analizy statycznej programów poprzez konstrukcję lub aproksymację punktów stałych”. W materiałach z 4. sympozjum ACM SIGACT-SIGPLAN na temat zasad języków programowania. Strony 238–252. POPL '77Nowy Jork, NY, USA (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Patricka Cousota i Radhii Cousot. „Abstrakcyjne ramy interpretacyjne”. Journal of logiki i obliczeń 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 i Xavier Rival. „Analizator statyczny dla dużego oprogramowania o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa”. Uwagi ACM SIGPLAN 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Francesco Logozzo i Manuel Fähndrich. „Pentagony: słabo relacyjna domena abstrakcyjna do skutecznej walidacji dostępu do tablic”. Nauka programowania komputerowego 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 i Martin Vechev. „AI2: Certyfikacja bezpieczeństwa i wytrzymałości sieci neuronowych z interpretacją abstrakcyjną”. W 2018 r. Sympozjum IEEE dotyczące bezpieczeństwa i prywatności (SP). Strony 3–18. San Francisco, Kalifornia (2018). IEEE.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Michaela A. Nielsena i Isaaca L. Chuanga. „Obliczenia kwantowe i informacje kwantowe: wydanie z okazji 10. rocznicy”. Wydawnictwo Uniwersytetu Cambridge. (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, Ali Javadi-Abhari, Naoki Kanazawa, 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 i Christa Zoufal. „Qiskit: platforma open source do obliczeń kwantowych” (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 i Travis E. Oliphant. „Programowanie tablic z NumPy”. Przyroda 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou i Stanley Seibert. „Numba: kompilator Pythona JIT oparty na LLVM”. W materiałach z drugiego warsztatu na temat infrastruktury kompilatora LLVM w HPC. Strony 1–6. LLVM '15Nowy Jork, NY, USA (2015). Stowarzyszenie Maszyn Obliczeniowych.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Craiga Gidneya. „Stim: szybki symulator obwodu stabilizatora”. Kwant 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry'ego S. Warrena. „Rozkosz hakera”. Profesjonalista Addison-Wesley. (2012). 2. wydanie.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Aleks Kissinger i John van de Wetering. „PyZX: automatyczne rozumowanie diagramowe na dużą skalę”. W: Bob Coecke i Matthew Leifer, redaktorzy, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, Kalifornia, USA, 10–14 czerwca 2019 r. Tom 318 Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, strony 229–241. Stowarzyszenie Otwarte Wydawnictwo (2020).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Mateusz Amy. „W stronę weryfikacji funkcjonalnej uniwersalnych obwodów kwantowych na dużą skalę”. Electronic Proceedings in Teoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu i Jens Palsberg. „Kwantowa interpretacja abstrakcyjna”. W materiałach z 42. Międzynarodowej Konferencji ACM SIGPLAN na temat projektowania i wdrażania języków programowania. Strony 542–558. PLDI 2021Nowy Jork, NY, USA (2021). Stowarzyszenie Maszyn Obliczeniowych.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Antoine Miné. „Słabo relacyjne numeryczne domeny abstrakcyjne”. Praca doktorska (2004). adres URL: https://​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Szymona Perdrixa. „Analiza splątania kwantowego w oparciu o interpretację abstrakcyjną”. W materiałach z 15. Międzynarodowego Sympozjum Analizy Statycznej. Strony 270–282. SAS '08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Hondy. „Analiza splątania kwantowego w programach kwantowych przy użyciu formalizmu stabilizatora”. Postępowania elektroniczne w informatyce teoretycznej 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li i Michael Hicks. „Udowodnienie poprawności programów kwantowych”. 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 i Benoît Valiron. „Zautomatyzowane ramy weryfikacji dedukcyjnej dla programów kwantowych budowy obwodów”. W językach i systemach programowania. Strony 148–177. Wydawnictwo Springer International (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying i Xiaodi Wu. „Niezmienniki programów kwantowych: charakterystyka i generowanie”. SIGPLAN Nie. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Cytowany przez

Nie można pobrać Przywołane przez Crossref dane podczas ostatniej próby 2023-11-20 15:19:03: Nie można pobrać cytowanych danych dla 10.22331 / q-2023-11-20-1185 z Crossref. Jest to normalne, jeśli DOI zostało niedawno zarejestrowane. Na Reklamy SAO / NASA nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2023-11-20 15:19:04).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Znak czasu:

Więcej z Dziennik kwantowy