Rezumat: Analiza circuitelor cuantice prin simulare cu stabilizator abstract

Rezumat: Analiza circuitelor cuantice prin simulare cu stabilizator abstract

Marca temporală: 20 noiembrie 2023, ora 10:17

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader și Martin Vechev

ETH Zurich, Elveția

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Simularea stabilizatorului poate simula eficient o clasă importantă de circuite cuantice constând exclusiv din porți Clifford. Cu toate acestea, toate extensiile existente ale acestei simulări la circuite cuantice arbitrare, inclusiv porți non-Clifford, suferă de un timp de rulare exponențial.
Pentru a aborda această provocare, prezentăm o abordare nouă pentru simularea eficientă a stabilizatorului pe circuite cuantice arbitrare, cu prețul pierderii preciziei. Ideea noastră cheie este să comprimăm o reprezentare a sumei exponențiale a stării cuantice într-un singur sumand $abstract$ care acoperă (cel puțin) toate sumele care apar. Acest lucru ne permite să introducem un $textit{simulator de stabilizator abstract}$ care manipulează eficient sumele abstracte prin $supraaproximarea$ efectului operațiilor de circuit, inclusiv porți Clifford, porți non-Clifford și măsurători (interne).
Am implementat simulatorul nostru abstract într-un instrument numit Abstraqt și am demonstrat experimental că Abstraqt poate stabili proprietăți de circuit insolubile pentru tehnicile existente.

Abstraqt: Analysis of Quantum Circuits via Abstract Stabilizer Simulation PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Imagine prezentată: Abstraqt comprimă o reprezentare sumă exponențială a stării cuantice într-un singur sumand abstract.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] Daniel Gottesman. „Reprezentarea Heisenberg a calculatoarelor cuantice”. Raport tehnic arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: Quant-ph / 9807006

[2] Scott Aaronson și Daniel Gottesman. „Simularea îmbunătățită a circuitelor stabilizatoare”. Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal și Brad Lackey. „Extinderea tipurilor gottesman dincolo de grupul Clifford”. În al doilea atelier internațional despre limbaje de programare pentru calculul cuantic (PLanQC 2021). (2021). 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 și John van de Wetering. „Simularea circuitelor cuantice cu calculul ZX a redus descompunerea stabilizatorului”. Quantum Science and Technology 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset și Mark Howard. „Simularea circuitelor cuantice prin descompunere de stabilizator de rang scăzut”. Quantum 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa și Stephen D. Bartlett. „Estimarea rapidă a probabilităților de rezultat pentru circuitele cuantice”. PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] „Simularea clasică a circuitelor cuantice cu descompoziții parțiale și grafice ale stabilizatorilor”. Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot și Radhia Cousot. „Interpretare abstractă: un model de rețea unificată pentru analiza statică a programelor prin construcția sau aproximarea punctelor fixe”. În Proceedings of the 4th ACM SIGACT-SIGPLAN Symposium on Principles of Programming Languages. Paginile 238–252. POPL '77New York, NY, SUA (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Patrick Cousot și Radhia Cousot. „Cadre de interpretare abstractă”. Jurnalul de logică și calcul 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 și Xavier Rival. „Un analizor static pentru software-ul de mari dimensiuni critice pentru siguranță”. ACM SIGPLAN Notices 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Francesco Logozzo și Manuel Fähndrich. „Pentagoane: un domeniu abstract slab relațional pentru validarea eficientă a acceselor la matrice”. Science of Computer Programming 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 și Martin Vechev. „AI2: Certificarea siguranței și robusteții rețelelor neuronale cu interpretare abstractă”. În 2018, Simpozionul IEEE privind securitatea și confidențialitatea (SP). Paginile 3–18. San Francisco, CA (2018). IEEE.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen și Isaac L. Chuang. „Calcul cuantic și informații cuantice: ediția a 10-a aniversare”. Cambridge University Press. (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 Kanazawa, Nao, 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 Taylor, 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 și Christa Zoufal. „Qiskit: Un cadru open-source pentru calculul cuantic” (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 și Travis E. Oliphant. „Programare matrice cu NumPy”. Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou și Stanley Seibert. „Numba: un compilator Python JIT bazat pe LLVM”. În Proceedings of the Second Workshop on the LLVM Compiler Infrastructure in HPC. Paginile 1–6. LLVM '15New York, NY, SUA (2015). Asociația pentru Mașini de Calcul.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Craig Gidney. „Stim: un simulator de circuit stabilizator rapid”. Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. „Încântarea hackerilor”. Addison-Wesley Professional. (2012). editia a 2-a.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Aleks Kissinger și John van de Wetering. „PyZX: Raționament diagramă automatizat la scară largă”. În Bob Coecke și Matthew Leifer, editori, Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, SUA, 10-14 iunie 2019. Volumul 318 din Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, paginile 229–241. Open Publishing Association (2020).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Matthew Amy. „Către verificarea funcțională la scară largă a circuitelor cuantice universale”. Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu și Jens Palsberg. „Interpretare abstractă cuantică”. În Proceedings of the 42th ACM SIGPLAN International Conference on Programming Language Design and Implementation. Paginile 542–558. PLDI 2021New York, NY, SUA (2021). Asociația pentru Mașini de Calcul.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Antoine Miné. „Domenii abstracte numerice slab relaționale”. Teză de doctorat (2004). url: https:/​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https:/​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Simon Perdrix. „Analiza cuantică a încrucișării pe baza interpretării abstracte”. În Proceedings of the 15th International Symposium on Static Analysis. Paginile 270–282. SAS '08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. „Analiza încrucișării cuantice în programele cuantice folosind formalismul stabilizatorului”. Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li și Michael Hicks. „Demonstrarea corectă a programelor cuantice”. 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 și Benoît Valiron. „Un cadru automat de verificare deductivă pentru programele cuantice de construire a circuitelor”. În limbaje și sisteme de programare. Paginile 148–177. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying și Xiaodi Wu. „Invarianții programelor cuantice: Caracterizări și generare”. SIGPLAN Nu. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Citat de

Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2023-11-20 15:19:03: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2023-11-20-1185 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent. Pe ADS SAO / NASA nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-11-20 15:19:04).

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.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic