1Grupo de Pesquisa em Fotônica, INTEC, Universidade de Ghent – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Ghent, Bélgica
2Télécom Paris e Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, França
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Canadá
4Centro Kadanoff de Física Teórica e Instituto Enrico Fermi, Departamento de Física, Universidade de Chicago, Chicago, IL 60637
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Sumário
Circuitos quânticos ópticos lineares com detectores de resolução de número de fótons (PNR) são usados para amostragem de bósons gaussianos (GBS) e para a preparação de estados não gaussianos, como estados Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat e NOON. Eles são cruciais em muitos esquemas de computação quântica e metrologia quântica. A otimização clássica de circuitos com detectores PNR é desafiadora devido ao seu espaço de Hilbert exponencialmente grande, e quadraticamente mais desafiadora na presença de decoerência, à medida que os vetores de estado são substituídos por matrizes de densidade. Para resolver este problema, introduzimos uma família de algoritmos que calculam probabilidades de detecção, estados condicionais (bem como seus gradientes em relação às parametrizações do circuito) com uma complexidade comparável ao caso sem ruído. Como consequência podemos simular e otimizar circuitos com o dobro de modos que podíamos antes, utilizando os mesmos recursos. Mais precisamente, para um circuito ruidoso no modo $M$ com modos detectados $D$ e modos não detectados $U$, a complexidade do nosso algoritmo é $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu in mskip2mu D} C_i)$, em vez de $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu in mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, onde $C_i$ é o corte Fock do modo $i$ . Como caso particular, nossa abordagem oferece uma aceleração quadrática completa para o cálculo das probabilidades de detecção, já que nesse caso todos os modos são detectados. Finalmente, esses algoritmos são implementados e prontos para uso na biblioteca de otimização fotônica de código aberto MrMustard.
Versões animadas de algumas figuras do manuscrito (GIFs) estão incluídas nos Materiais Suplementares.
Resumo popular
Os cientistas podem contar com computadores clássicos para simular e otimizar esses circuitos. No entanto, tais simulações numéricas são fundamentalmente desafiadoras, especialmente à medida que o tamanho do circuito aumenta (se os circuitos quânticos pudessem ser simulados de forma eficiente, eles não seriam capazes de superar os computadores clássicos em primeiro lugar). Mais precisamente, à medida que os circuitos crescem, tanto o tempo necessário para simulações como a memória necessária do computador aumentam exponencialmente. Há pouco que se possa fazer para escapar disso.
Este desafio torna-se ainda maior quando nos afastamos dos circuitos ideais e levamos em conta que parte da luz escapa inevitavelmente do circuito. A incorporação de tais efeitos realistas adiciona um aumento quadrático nas demandas computacionais além do crescimento exponencial existente. Neste manuscrito, apresentamos uma nova família de algoritmos que pode levar em conta esses efeitos do mundo real sem adicionar carga quadrática extra. Isto nos permite simular e otimizar circuitos realistas com o mesmo esforço que os ideais.
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► Referências
[1] Juan Miguel Arrazola e Thomas R. Bromley. Usando amostragem de bósons gaussianos para encontrar subgráficos densos. Physical Review Letters, 121 (3), julho de 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley e Patrick Rebentrost. Otimização quântica aproximada com amostragem de bósons gaussianos. Physical Review A, 98 (1), julho de 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing e Juan Miguel Arrazola. Docking molecular com amostragem de bósons gaussianos. Avanços da Ciência, 6 (23), junho de 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada e Juan Miguel Arrazola. Treinamento de distribuições de amostragem de bósons gaussianos. Revisão Física 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. Projeto para um computador quântico fotônico tolerante a falhas escalável. 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 e Christian Weedbrook. Amostragem de bósons gaussianos para combinações perfeitas de gráficos arbitrários. Physical Review A, 98 (3), setembro de 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
[7] Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran e Daiqin Su. Isomorfismo gráfico e amostragem de bósons gaussianos. Matrizes Especiais, 9 (1): 166–196, janeiro de 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 e Nathan Killoran. Aplicações de computadores quânticos fotônicos de curto prazo: software e algoritmos. Ciência e Tecnologia Quântica, 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, e outros. O limite para a vantagem quântica na amostragem do bóson gaussiano. Avanços da ciência, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill e Roy J. Glauber. Operadores de densidade e distribuições de quasiprobabilidade. 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 e Akira Furusawa. Busca eficiente de backcasting para síntese de estado quântico óptico. Física. Rev. Lett., 128: 240503, junho de 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry e Peter L. Knight. Óptica quântica introdutória. Imprensa da Universidade de Cambridge, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev e John Preskill. Codificando um qubit em um oscilador. Física. Rev. A, 64: 012310, junho de 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 e Igor Jex. Amostragem de bósons gaussianos. Física. Rev. Lett., 119: 170501, outubro de 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh e Man-Hong Yung. Amostragem de bósons vibrônicos: Amostragem generalizada de bósons gaussianos para espectros vibrônicos moleculares em temperatura finita. Scientific Reports, 7 (1), agosto de 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada e Nathan Killoran. Processos pontuais com amostragem de bósons gaussianos. Physical Review E, 101 (2), fevereiro de 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 e Igor Jex. Estudo detalhado da amostragem do bóson gaussiano. Física. Rev. A, 100: 032326, setembro de 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto e Nicolás Quesada. Otimização rápida de circuitos ópticos quânticos parametrizados. 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 e Liang Jiang. Algoritmo de rede tensorial para simular amostragem experimental de bósons gaussianos. Pré-impressão arXiv arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Nicolás Quesada. Fatores de Franck-Condon contando combinações perfeitas de gráficos com loops. 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 e Krishna K. Sabapathy. Simulando uma preparação realista de estado não gaussiano. Física. Rev. A, 100: 022341, agosto de 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapatia, Haoyu Qi, Josh Izaac e Christian Weedbrook. Produção de portas quânticas universais fotônicas aprimoradas por aprendizado de máquina. Física. Rev. A, 100: 012326, julho de 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac e Nathan Killoran. Avaliando gradientes analíticos em hardware quântico. Física. Rev.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
[24] Maria Schuld, Kamil Brádler, Robert Israel, Daiqin Su e Brajesh Gupt. Medindo a similaridade de gráficos com um amostrador de bóson gaussiano. Physical Review A, 101 (3), março de 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers e Krishna K. Sabapatia. Conversão de estados gaussianos em estados não gaussianos usando detectores de resolução de números de fótons. Física. Rev. A, 100: 052301, novembro de 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers e Krishna K. Sabapatia. Geração de estados fotônicos não gaussianos medindo estados gaussianos multimodo. Pré-impressão do 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 e Akira Furusawa. Geração de estados de gato óptico de Schrödinger por subtração generalizada de fótons. Física. Rev. A, 103: 013710, janeiro de 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 e Akira Furusawa. Melhoramento gaussiano para codificação de um qubit na propagação de luz. Pré-impressão do arXiv arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Tecnologias Quânticas Xanadu. Senhor Mostarda. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci e Krishna K. Sabapatia. Progresso em direção à computação prática de qubit usando códigos Gottesman-Kitaev-Preskill aproximados. Física. Rev. A, 101: 032315, março de 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto e Nicolás Quesada. A representação recursiva da mecânica quântica gaussiana. Pré-impressão arXiv arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Citado por
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz e Xi Chen, “Algoritmo de otimização quântica contradiabática fotônica”, arXiv: 2307.14853, (2023).
As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2023-08-30 03:00:49). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.
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- BlockOffsets. Modernizando a Propriedade de Compensação Ambiental. Acesse aqui.
- Fonte: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
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