1Grupa badawcza fotoniki, INTEC, Uniwersytet w Gandawie – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Gandawa, Belgia
2Télécom Paris i Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Francja
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Kanada
4Centrum Fizyki Teoretycznej Kadanoffa i Instytut Enrico Fermiego, Wydział Fizyki, Uniwersytet w Chicago, Chicago, IL 60637
Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.
Abstrakcyjny
Liniowe optyczne obwody kwantowe z detektorami wykorzystującymi liczbę fotonów (PNR) są wykorzystywane zarówno do próbkowania bozonu gaussowskiego (GBS), jak i do przygotowywania stanów niegaussowskich, takich jak Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), stan cat i NOON. Mają kluczowe znaczenie w wielu schematach obliczeń kwantowych i metrologii kwantowej. Klasyczna optymalizacja obwodów za pomocą detektorów PNR jest wyzwaniem ze względu na ich wykładniczo dużą przestrzeń Hilberta i jest kwadratowo trudniejsza w obecności dekoherencji, gdy wektory stanu są zastępowane macierzami gęstości. Aby rozwiązać ten problem, wprowadzamy rodzinę algorytmów, które obliczają prawdopodobieństwa detekcji, stany warunkowe (a także ich gradienty w odniesieniu do parametryzacji obwodów) ze złożonością porównywalną z przypadkiem bezszumowym. W rezultacie możemy symulować i optymalizować obwody z dwukrotnie większą liczbą trybów niż mogliśmy wcześniej, korzystając z tych samych zasobów. Dokładniej, dla zaszumionego obwodu w trybie $M$ z wykrytymi trybami $D$ i niewykrytymi modami $U$, złożoność naszego algorytmu wynosi $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu w mskip2mu D} C_i)$, zamiast $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu w mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, gdzie $C_i$ jest wartością odcięcia Focka trybu $i$ . W szczególnym przypadku nasze podejście oferuje pełne kwadratowe przyspieszenie obliczania prawdopodobieństw detekcji, ponieważ w tym przypadku wykrywane są wszystkie mody. Wreszcie algorytmy te są zaimplementowane i gotowe do użycia w bibliotece optymalizacji fotonicznej typu open source MrMustard.
Animowane wersje niektórych rycin w rękopisie (GIF-y) znajdują się w materiałach uzupełniających.
Popularne podsumowanie
Naukowcy mogą polegać na klasycznych komputerach, aby symulować i optymalizować te obwody. Jednakże takie symulacje numeryczne stanowią zasadniczo wyzwanie, zwłaszcza w miarę wzrostu rozmiaru obwodu (gdyby obwody kwantowe mogły być skutecznie symulowane, w ogóle nie byłyby w stanie przewyższyć klasycznych komputerów). Mówiąc dokładniej, w miarę powiększania się obwodów zarówno czas potrzebny na symulacje, jak i wymagana pamięć komputera rosną wykładniczo. Niewiele można zrobić, aby tego uniknąć.
Wyzwanie to staje się jeszcze większe, gdy odejdziemy od obwodów idealnych i weźmiemy pod uwagę, że część światła nieuchronnie ucieka z obwodu. Uwzględnienie takich realistycznych efektów dodaje kwadratowy wzrost wymagań obliczeniowych oprócz istniejącego wzrostu wykładniczego. W tym manuskrypcie przedstawiamy nową rodzinę algorytmów, które mogą uwzględniać takie rzeczywiste efekty bez dodawania dodatkowego obciążenia kwadratowego. Dzięki temu możemy symulować i optymalizować realistyczne obwody z takim samym wysiłkiem, jak te idealne.
► Dane BibTeX
► Referencje
[1] Juan Miguel Arrazola i Thomas R. Bromley. Korzystanie z próbkowania bozonu Gaussa w celu znalezienia gęstych podgrafów. Physical Review Letters, 121 (3), lipiec 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley i Patrick Rebentrost. Kwantowa optymalizacja przybliżona z próbkowaniem bozonu Gaussa. Physical Review A, 98 (1), lipiec 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing i Juan Miguel Arrazola. Dokowanie molekularne z próbkowaniem bozonu Gaussa. Science Advances, 6 (23), czerwiec 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada i Juan Miguel Arrazola. Uczenie rozkładów próbkowania bozonu Gaussa. Przegląd fizyczny 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 i in. Projekt skalowalnego, odpornego na uszkodzenia komputera kwantowego fotonicznego. 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 i Christian Weedbrook. Próbkowanie bozonu Gaussa w celu idealnego dopasowania dowolnych wykresów. Physical Review A, 98 (3), wrzesień 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
[7] Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran i Daiqin Su. Izomorfizm grafów i próbkowanie bozonów Gaussa. Matryce specjalne, 9 (1): 166–196, styczeń 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 i Nathan Killoran. Zastosowania krótkoterminowych fotonicznych komputerów kwantowych: oprogramowanie i algorytmy. 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 i in. Granica przewagi kwantowej w próbkowaniu bozonu Gaussa. Postęp nauki, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill i Roy J. Glauber. Operatory gęstości i rozkłady quasiprawdopodobieństwa. Przegląd fizyczny, 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 i Akira Furusawa. Efektywne wyszukiwanie metodą rzutowania wstecznego w celu syntezy optycznych stanów kwantowych. Fiz. Rev. Lett., 128: 240503, czerwiec 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christophera C. Gerry'ego i Petera L. Knighta. Wstępna optyka kwantowa. Prasa uniwersytecka w Cambridge, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Aleksiej Kitajew i John Preskill. Kodowanie kubitu w oscylatorze. Fiz. Rev. A, 64: 012310, czerwiec 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 i Igor Jex. Próbkowanie bozonu Gaussa. Fiz. Rev. Lett., 119: 170501, październik 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh i Man-Hong Yung. Pobieranie próbek bozonów wibracyjnych: Uogólnione pobieranie próbek bozonów Gaussa dla widm molekularnych wibronów w skończonej temperaturze. Scientific Reports, 7 (1), sierpień 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada i Nathan Killoran. Procesy punktowe z próbkowaniem bozonu Gaussa. Physical Review E, 101 (2), luty 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 i Igor Jex. Szczegółowe badanie pobierania próbek bozonu Gaussa. Fiz. Rev. A, 100: 032326, wrzesień 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto i Nicolás Quesada. Szybka optymalizacja sparametryzowanych kwantowych obwodów optycznych. 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 i Liang Jiang. Algorytm sieci tensorowej do symulacji eksperymentalnego próbkowania bozonu Gaussa. Przedruk arXiv arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Nicolas Quesada. Franck-Condon uwzględnia czynniki, zliczając idealne dopasowania wykresów z pętlami. 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 i Krishna K. Sabapathy. Symulacja realistycznego przygotowania stanu niegaussowskiego. Fiz. Rev. A, 100: 022341, sierpień 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac i Christian Weedbrook. Produkcja fotonicznych uniwersalnych bramek kwantowych wspomagana uczeniem maszynowym. Fiz. Rev. A, 100: 012326, lipiec 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac i Nathan Killoran. Ocena gradientów analitycznych na sprzęcie kwantowym. Fiz. 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 Izrael, Daiqin Su i Brajesh Gupt. Pomiar podobieństwa wykresów za pomocą próbnika bozonu Gaussa. Przegląd fizyczny A, 101 (3), marzec 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers i Krishna K. Sabapathy. Konwersja stanów Gaussa na stany niegaussowskie za pomocą detektorów rozdzielających liczbę fotonów. Fiz. Rev. A, 100: 052301, listopad 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers i Krishna K. Sabapathy. Generacja fotonicznych stanów niegaussowskich poprzez pomiar wielomodowych stanów Gaussa. Przedruk arXiv 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 i Akira Furusawa. Generowanie optycznych stanów kota Schrödingera poprzez uogólnione odejmowanie fotonów. Fiz. Rev. A, 103: 013710, styczeń 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 i Akira Furusawa. Hodowla Gaussa do kodowania kubitu w świetle rozchodzącym się. Przedruk arXiv arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Technologie kwantowe Xanadu. Panie Mustard. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci i Krishna K. Sabapathy. Postęp w kierunku praktycznego obliczania kubitów przy użyciu przybliżonych kodów Gottesmana-Kitaeva-Preskilla. Fiz. Rev. A, 101: 032315, marzec 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto i Nicolás Quesada. Rekurencyjna reprezentacja mechaniki kwantowej Gaussa. Przedruk arXiv arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Cytowany przez
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz i Xi Chen, „Fotoniczny przeciwdiabatyczny algorytm optymalizacji kwantowej”, arXiv: 2307.14853, (2023).
Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2023-08-30 03:00:49). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.
On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2023-08-30 03:00:47).
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.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- ChartPrime. Podnieś poziom swojej gry handlowej dzięki ChartPrime. Dostęp tutaj.
- Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :Jest
- :nie
- :Gdzie
- 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
- Zdolny
- powyżej
- ABSTRACT
- dostęp
- Konto
- dodanie
- Dodaje
- postęp
- zaliczki
- Korzyść
- powiązania
- AL
- alex
- Alexander
- algorytm
- Algorytmy
- Wszystkie kategorie
- pozwala
- an
- Analityczny
- i
- aplikacje
- podejście
- przybliżony
- SĄ
- AS
- At
- sierpnia
- Sierpnia
- autor
- Autorzy
- z dala
- Zakaz
- BE
- staje się
- być
- zanim
- jest
- Dzwon
- ben
- Rachunek
- Bloki
- bozon
- obie
- granica
- przerwa
- Budowanie
- by
- obliczać
- obliczenie
- cambridge
- CAN
- walizka
- Casey
- CAT
- Centrum
- wyzwanie
- wyzwanie
- chemiczny
- chen
- Chicago
- Christine
- Christopher
- Kody
- komentarz
- Lud
- porównywalny
- kompletny
- kompleks
- kompleksowość
- obliczenia
- komputer
- komputery
- computing
- Konwersja
- prawo autorskie
- mógłby
- rachunkowość
- Craig
- istotny
- Kubek
- Daniel
- dane
- wymagania
- Departament
- zaprojektowany
- szczegółowe
- wykryte
- Wykrywanie
- dyskutować
- Dystrybucje
- do
- z powodu
- e
- E i T
- ruchomości
- wydajny
- skutecznie
- wysiłek
- wzmocnione
- uciec
- szczególnie
- oceny
- Parzyste
- Przede wszystkim system został opracowany
- eksperymentalny
- wykładniczy
- Wykładniczy wzrost
- wykładniczo
- dodatkowy
- Czynniki
- członków Twojej rodziny
- FAST
- luty
- luty 2020
- pole
- Postacie
- W końcu
- Znajdź
- i terminów, a
- W razie zamówieenia projektu
- znaleziono
- od
- pełny
- zasadniczo
- Bramy
- Generować
- generacja
- gradienty
- wykres
- wykresy
- większy
- Zarządzanie
- Rosnąć
- Rośnie
- Wzrost
- Hamilton
- sprzęt komputerowy
- harvard
- Have
- posiadacze
- Jednak
- HTTPS
- i
- idealny
- if
- obraz
- realizowane
- in
- włączony
- włączenie
- Zwiększać
- nieuchronnie
- ING
- Instytut
- instytucje
- ciekawy
- na świecie
- najnowszych
- przedstawiać
- wprowadzający
- Izrael
- Styczeń
- styczeń
- Styczeń 2021
- JAVASCRIPT
- John
- Jones
- dziennik
- John
- lipiec
- czerwiec
- Rycerz
- duży
- większe
- Nazwisko
- nauka
- Pozostawiać
- Biblioteka
- Licencja
- lekki
- lubić
- Linda
- Lista
- mało
- załadować
- maszyna
- uczenie maszynowe
- robić
- wiele
- March
- Marsz 2020
- maria
- znak
- materiały
- Maksymalna szerokość
- Może..
- zmierzenie
- mechanika
- Pamięć
- Metrologia
- Michał
- Moda
- Tryby
- Cząsteczkowa
- Miesiąc
- jeszcze
- ruch
- potrzebne
- sieć
- Nowości
- Nicolas
- Nie
- listopad
- numer
- październik
- of
- Oferty
- oh
- on
- ONE
- te
- koncepcja
- open source
- operatorzy
- optyka
- optymalizacja
- Optymalizacja
- optymalizacji
- or
- oryginalny
- ludzkiej,
- Przewyższają
- stron
- Papier
- Paryż
- część
- szczególny
- Patrick
- Paweł
- doskonały
- Piotr
- fizyczny
- Fizycznie
- Fizyka
- kluczowy
- Miejsce
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- Grać
- punkt
- potencjał
- Praktyczny
- precyzyjnie
- przygotowanie
- Przygotowuje
- obecność
- naciśnij
- Problem
- procesów
- Produkcja
- Postęp
- zapewniać
- opublikowany
- wydawca
- wydawcy
- Qi
- kwadratowy
- Kwant
- przewaga kwantowa
- Komputer kwantowy
- komputery kwantowe
- informatyka kwantowa
- Mechanika kwantowa
- Optyka kwantowa
- Kubit
- R
- Rafael
- raczej
- gotowy
- Prawdziwy świat
- realistyczny
- realizowany
- Rekurencyjne
- referencje
- polegać
- szczątki
- otrzymuje
- Raporty
- reprezentacja
- wymagany
- Badania naukowe
- rozwiązywanie
- Zasoby
- poszanowanie
- przeglądu
- ROBERT
- Rola
- Roy
- s
- taki sam
- skalowalny
- systemy
- nauka
- Nauka i technika
- naukowy
- Szukaj
- wrzesień
- służyć
- prezentacja
- podobny
- Rozmiar
- Tworzenie
- kilka
- Typ przestrzeni
- specjalny
- Stan
- Zjednoczone
- Badanie
- podgrafy
- Z powodzeniem
- taki
- odpowiedni
- przewyższać
- sprzęt
- Brać
- Technologies
- Technologia
- niż
- że
- Połączenia
- ich
- teoretyczny
- Tam.
- Te
- one
- to
- czas
- Tytuł
- do
- Top
- Toronto
- w kierunku
- Trening
- Dwa razy
- dla
- uniwersalny
- uniwersytet
- University of Chicago
- zaktualizowane
- URL
- us
- posługiwać się
- używany
- za pomocą
- Wersje
- Tom
- chcieć
- była
- we
- DOBRZE
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- w
- bez
- działa
- xi
- rok
- Yuan
- zefirnet