1Photonics Research Group, INTEC, Universitatea Ghent – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Ghent, Belgia
2Télécom Paris și Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Franța
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Canada
4Centrul Kadanoff pentru Fizică Teoretică și Institutul Enrico Fermi, Departamentul de Fizică, Universitatea din Chicago, Chicago, IL 60637
Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.
Abstract
Circuitele cuantice optice liniare cu detectoare de rezoluție a numărului de fotoni (PNR) sunt utilizate atât pentru eșantionarea bosonilor gaussiani (GBS), cât și pentru pregătirea stărilor non-Gauss, cum ar fi stările Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat și NOON. Ele sunt cruciale în multe scheme de calcul cuantic și metrologie cuantică. Optimizarea clasică a circuitelor cu detectoare PNR este o provocare datorită spațiului Hilbert exponențial mare și mai dificilă din punct de vedere pătratic în prezența decoerenței, deoarece vectorii de stare sunt înlocuiți cu matrice de densitate. Pentru a rezolva această problemă, introducem o familie de algoritmi care calculează probabilitățile de detecție, stările condiționate (precum și gradienții acestora în raport cu parametrizările circuitelor) cu o complexitate care este comparabilă cu cazul fără zgomot. În consecință, putem simula și optimiza circuite cu un număr de moduri de două ori mai mare decât am putut înainte, folosind aceleași resurse. Mai precis, pentru un circuit zgomotos în modul $M$ cu moduri detectate $D$ și moduri nedetectate $U$, complexitatea algoritmului nostru este $O(M^2 prod_{i mskip2mu în mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu în mskip2mu D} C_i)$, mai degrabă decât $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu în mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, unde $C_i$ este limita de Fock a modului $i$ . Ca un caz particular, abordarea noastră oferă o accelerare completă pătratică pentru calcularea probabilităților de detectare, deoarece în acest caz sunt detectate toate modurile. În cele din urmă, acești algoritmi sunt implementați și gata de utilizare în biblioteca de optimizare fotonică open-source MrMustard.
Versiunile animate ale unor figuri din manuscris (GIF) sunt incluse în Materialele suplimentare.
Rezumat popular
Oamenii de știință se pot baza pe computere clasice pentru a simula și optimiza aceste circuite. Cu toate acestea, astfel de simulări numerice sunt fundamental provocatoare, mai ales pe măsură ce dimensiunea circuitului crește (dacă circuitele cuantice ar putea fi simulate eficient, ele nu ar putea depăși computerele clasice în primul rând). Mai precis, pe măsură ce circuitele cresc, atât timpul necesar pentru simulări, cât și memoria necesară a computerului cresc exponențial. Nu se poate face cineva pentru a scăpa de asta.
Această provocare devine și mai mare atunci când ne îndepărtăm de circuitele ideale și ținem cont de faptul că o parte din lumină scapă inevitabil din circuit. Încorporarea unor astfel de efecte realiste adaugă o creștere pătratică a cerințelor de calcul pe lângă creșterea exponențială existentă. În acest manuscris, introducem o nouă familie de algoritmi care pot lua în considerare astfel de efecte din lumea reală fără a adăuga încărcătura pătratică suplimentară. Acest lucru ne permite să simulăm și să optimizăm circuite realiste cu același efort ca și cele ideale.
► Date BibTeX
► Referințe
[1] Juan Miguel Arrazola și Thomas R. Bromley. Folosind eșantionarea bosonilor gaussieni pentru a găsi subgrafe dense. Physical Review Letters, 121 (3), iulie 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley și Patrick Rebentrost. Optimizare aproximativă cuantică cu eșantionarea bosonilor gaussiani. Physical Review A, 98 (1), iulie 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing și Juan Miguel Arrazola. Andocare moleculară cu eșantionare de boson gaussian. Science Advances, 6 (23), iunie 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada și Juan Miguel Arrazola. Antrenamentul distribuțiilor de eșantionare a bosonilor gaussieni. Revista fizică 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. Plan pentru un computer cuantic fotonic tolerant la erori. 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 și Christian Weedbrook. Eșantionarea bosonilor gaussiani pentru potriviri perfecte ale graficelor arbitrare. Physical Review A, 98 (3), septembrie 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
[7] Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran și Daiqin Su. Izomorfismul grafic și eșantionarea bosonilor gaussieni. Special Matrices, 9 (1): 166–196, ianuarie 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 și Nathan Killoran. Aplicații ale calculatoarelor cuantice fotonice pe termen scurt: software și algoritmi. 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 și colab. Limita pentru avantajul cuantic în eșantionarea bosonilor gaussieni. Science advances, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill și Roy J. Glauber. Operatori de densitate și distribuții de cvasiprobabilitate. 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 și Akira Furusawa. Căutare eficientă de backcasting pentru sinteza de stări cuantice optice. Fiz. Rev. Lett., 128: 240503, iunie 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry și Peter L. Knight. Optica cuantică introductivă. Cambridge University Press, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev și John Preskill. Codificarea unui qubit într-un oscilator. Fiz. Rev. A, 64: 012310, iunie 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 și Igor Jex. Eșantionarea bosonilor gaussieni. Fiz. Rev. Lett., 119: 170501, octombrie 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh și Man-Hong Yung. Eșantionarea bosonilor vibronic: eșantionarea bosonilor gaussiani generalizat pentru spectre vibronice moleculare la temperatură finită. Rapoarte științifice, 7 (1), august 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada și Nathan Killoran. Procese punctuale cu eșantionare bosonică gaussiană. Physical Review E, 101 (2), februarie 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 și Igor Jex. Studiu detaliat al eșantionării bosonilor gaussieni. Fiz. Rev. A, 100: 032326, septembrie 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto și Nicolás Quesada. Optimizarea rapidă a circuitelor optice cuantice parametrizate. 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 și Liang Jiang. Algoritm de rețea tensorială pentru simularea eșantionării experimentale a bosonilor gaussieni. arXiv preprint arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Nicolás Quesada. Franck-Condon factorii prin numărarea potrivirilor perfecte ale graficelor cu bucle. Jurnalul de fizică chimică, 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 și Krishna K. Sabapathy. Simularea pregătirii realiste a stării non-Gauss. Fiz. Rev. A, 100: 022341, august 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac și Christian Weedbrook. Producția de porți cuantice universale fotonice îmbunătățite prin învățarea automată. Fiz. Rev. A, 100: 012326, iulie 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac și Nathan Killoran. Evaluarea gradienților analitici pe hardware cuantic. 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 Israel, Daiqin Su și Brajesh Gupt. Măsurarea asemănării graficelor cu un prelevator de boson gaussian. Physical Review A, 101 (3), martie 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers și Krishna K. Sabapathy. Conversia stărilor gaussiene în stări non-Gauss folosind detectoare de rezoluție a numărului de fotoni. Fiz. Rev. A, 100: 052301, noiembrie 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers și Krishna K. Sabapathy. Generarea stărilor fotonice non-Gauss prin măsurarea stărilor Gaussiene multimodale. arXiv preprint 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 și Akira Furusawa. Generarea stărilor optice ale pisicii Schrödinger prin scăderea generalizată a fotonului. Fiz. Rev. A, 103: 013710, ianuarie 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 și Akira Furusawa. Înmulțirea gaussiană pentru codificarea unui qubit în propagarea luminii. arXiv preprint arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Xanadu Quantum Technologies. Domnul Mustard. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci și Krishna K. Sabapathy. Progresul către calculul practic al qubitului utilizând codurile Gottesman-Kitaev-Preskill aproximative. Fiz. Rev. A, 101: 032315, martie 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto și Nicolás Quesada. Reprezentarea recursivă a mecanicii cuantice gaussiene. arXiv preprint arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Citat de
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz și Xi Chen, „Algoritmul de optimizare cuantică contradiabatică fotonic”, arXiv: 2307.14853, (2023).
Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-08-30 03:00:49). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.
On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-08-30 03:00:47).
Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- ChartPrime. Crește-ți jocul de tranzacționare cu ChartPrime. Accesați Aici.
- BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
- Sursa: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :este
- :nu
- :Unde
- 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
- Capabil
- mai sus
- REZUMAT
- acces
- Cont
- adăugare
- Adaugă
- avansare
- avans
- Avantaj
- afilieri
- AL
- alex
- Alexander
- Algoritmul
- algoritmi
- TOATE
- permite
- an
- analitic
- și
- aplicatii
- abordare
- aproximativ
- SUNT
- AS
- At
- august
- August
- autor
- Autorii
- departe
- Interzice
- BE
- devine
- fost
- înainte
- fiind
- Clopot
- ben
- Proiect de lege
- Blocuri
- boson
- atât
- graniţă
- Pauză
- Clădire
- by
- calcula
- calcularea
- Cambridge
- CAN
- caz
- casey
- CAT
- Centru
- contesta
- provocare
- chimic
- chen
- Chicago
- Christine
- Christopher
- Coduri
- comentariu
- Commons
- comparabil
- Completă
- complex
- complexitate
- calcul
- calculator
- Calculatoare
- tehnica de calcul
- Convertire
- drepturi de autor
- ar putea
- socoteală
- Craig
- crucial
- Ceaşcă
- Daniel
- de date
- cererile
- Departament
- proiectat
- detaliat
- detectat
- Detectare
- discuta
- distribuții
- do
- două
- e
- E&T
- efecte
- eficient
- eficient
- efort
- sporită
- scăpa
- mai ales
- evaluarea
- Chiar
- existent
- experimental
- exponențială
- Crestere exponentiala
- exponențial
- suplimentar
- factori
- familie
- FAST
- februarie
- februarie 2020
- camp
- cifre
- În cele din urmă
- Găsi
- First
- Pentru
- găsit
- din
- Complet
- fundamental
- porti
- genera
- generaţie
- gradienți
- grafic
- grafice
- mai mare
- grup
- Crește
- creste
- Creștere
- Hamilton
- Piese metalice
- harvard
- Avea
- Titularii
- Totuși
- HTTPS
- i
- ideal
- if
- imagine
- implementat
- in
- inclus
- care încorporează
- Crește
- inevitabil
- ING
- Institut
- instituții
- interesant
- Internațional
- în
- introduce
- introductiv
- Israel
- Jan
- ianuarie
- ianuarie 2021
- JavaScript
- Ioan
- jones
- jurnal
- Ioan
- iulie
- iunie
- Cavaler
- mare
- mai mare
- Nume
- învăţare
- Părăsi
- Bibliotecă
- Licență
- ușoară
- ca
- linda
- Listă
- mic
- încărca
- maşină
- masina de învățare
- face
- multe
- Martie
- marș 2020
- Mary
- marca
- Materiale
- max-width
- Mai..
- măsurare
- mecanică
- Memorie
- Metrologie
- Michael
- mod
- moduri de
- molecular
- Lună
- mai mult
- muta
- necesar
- reţea
- Nou
- Nicolas
- Nu.
- noiembrie
- număr
- octombrie
- of
- promoții
- oh
- on
- ONE
- cele
- deschide
- open-source
- Operatorii
- optică
- optimizare
- Optimizați
- optimizarea
- or
- original
- al nostru
- outperform
- pagini
- Hârtie
- Paris
- parte
- special
- patrick
- Paul
- Perfect
- Peter
- fizic
- Fizic
- Fizică
- pivot
- Loc
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- Joaca
- Punct
- potenţial
- Practic
- tocmai
- pregătire
- Se pregătește
- prezenţă
- presa
- Problemă
- procese
- producere
- Progres
- furniza
- publicat
- editor
- editori
- Qi
- pătratic
- Cuantic
- avantaj cuantic
- Computer cuantic
- calculatoare cuantice
- cuantic calcul
- Mecanica cuantică
- Optica cuantică
- qubit
- R
- Rafael
- mai degraba
- gata
- lumea reală
- realist
- realizat
- recursive
- referințe
- se bazează
- rămășițe
- înlocuiește
- Rapoarte
- reprezentare
- necesar
- cercetare
- rezolvarea
- Resurse
- respect
- revizuiască
- ROBERT
- Rol
- Roy
- s
- acelaşi
- scalabil
- scheme
- Ştiinţă
- Ştiinţă şi Tehnologie
- ştiinţific
- Caută
- Septembrie
- servi
- prezenta
- asemănător
- Mărimea
- Software
- unele
- Spaţiu
- special
- Stat
- Statele
- Studiu
- subgrafe
- Reușit
- astfel de
- potrivit
- depăși
- aborda
- Lua
- Tehnologii
- Tehnologia
- decât
- acea
- lor
- teoretic
- Acolo.
- Acestea
- ei
- acest
- timp
- Titlu
- la
- top
- Toronto
- față de
- Pregătire
- De două ori
- în
- Universal
- universitate
- Universitatea din Chicago
- actualizat
- URL-ul
- us
- utilizare
- utilizat
- folosind
- Versiunile
- volum
- vrea
- a fost
- we
- BINE
- cand
- care
- cu
- fără
- fabrică
- xi
- an
- Yuan
- zephyrnet