Preparação de estado quântico de baixa profundidade com eficiência no espaço-tempo e aplicações

Preparação de estado quântico de baixa profundidade com eficiência no espaço-tempo e aplicações

Carimbo de data / hora: 15 de fevereiro de 2024 10h13

Kaiwen Gui1,2,3, Alexander M. Dalzell4, Alessandro Achille5, Martin Suchara1e Frederic T. Chong3

1Amazon Web Services, WA, EUA
2Escola Pritzker de Engenharia Molecular, Universidade de Chicago, IL, EUA
3Departamento de Ciência da Computação, Universidade de Chicago, IL, EUA
4AWS Center for Quantum Computing, Pasadena, CA, EUA
5AWS AI Labs, Pasadena, CA, EUA

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Sumário

Propomos um novo método determinístico para preparar estados quânticos arbitrários. Quando nosso protocolo é compilado em CNOT e portas arbitrárias de qubit único, ele prepara um estado $N$ dimensional em profundidade $O(log(N))$ e $textit{alocação de espaço-tempo}$ (uma métrica que leva em conta o fato que muitas vezes alguns qubits auxiliares não precisam estar ativos para todo o circuito) $O(N)$, que são ótimos. Quando compilado no conjunto de portas ${mathrm{H,S,T,CNOT}}$, mostramos que ele requer assintoticamente menos recursos quânticos do que os métodos anteriores. Especificamente, ele prepara um estado arbitrário até o erro $epsilon$ com profundidade ideal de $O(log(N) + log (1/epsilon))$ e alocação de espaço-tempo $O(Nlog(log(N)/epsilon))$ , melhorando em relação a $O(log(N)log(log (N)/epsilon))$ e $O(Nlog(N/epsilon))$, respectivamente. Ilustramos como a alocação reduzida de espaço-tempo de nosso protocolo permite a preparação rápida de muitos estados disjuntos com apenas sobrecarga ancilla de fator constante - $O(N)$ qubits ancilla são reutilizados eficientemente para preparar um estado de produto de $w$ $N$-dimensional estados em profundidade $O(w + log(N))$ em vez de $O(wlog(N))$, alcançando profundidade efetivamente constante por estado. Destacamos várias aplicações onde essa capacidade seria útil, incluindo aprendizado de máquina quântica, simulação hamiltoniana e resolução de sistemas lineares de equações. Fornecemos descrições de circuitos quânticos de nosso protocolo, pseudocódigo detalhado e exemplos de implementação em nível de porta usando Braket.

Preparação de estado quântico de baixa profundidade com eficiência no espaço-tempo e aplicativos PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

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► Referências

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Citado por

[1] Alexander M. Dalzell, Sam McArdle, Mario Berta, Przemyslaw Bienias, Chi-Fang Chen, András Gilyén, Connor T. Hann, Michael J. Kastoryano, Emil T. Khabiboulline, Aleksander Kubica, Grant Salton, Samson Wang e Fernando GSL Brandão, “Algoritmos quânticos: Um levantamento de aplicações e complexidades ponta a ponta”, arXiv: 2310.03011, (2023).

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[3] Gideon Lee, Connor T. Hann, Shruti Puri, SM Girvin e Liang Jiang, “Supressão de erros para operações quânticas de caixa preta de tamanho arbitrário”, Cartas de Revisão Física 131 19, 190601 (2023).

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[5] Xiao-Ming Zhang e Xiao Yuan, “Sobre a complexidade do circuito de modelos de acesso quântico para codificação de dados clássicos”, arXiv: 2311.11365, (2023).

As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2024-02-15 15:17:11). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

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