1Группа исследований фотоники, INTEC, Гентский университет – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Гент, Бельгия
2Télécom Paris и Парижский политехнический институт, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Палезо, Франция
3Занаду, Торонто, Онтарио, M5G 2C8, Канада
4Центр теоретической физики Каданова и Институт Энрико Ферми, физический факультет, Чикагский университет, Чикаго, IL 60637
Находите эту статью интересной или хотите обсудить? Scite или оставить комментарий на SciRate.
Абстрактные
Линейные оптические квантовые схемы с детекторами разрешения числа фотонов (PNR) используются как для выборки гауссовских бозонов (GBS), так и для подготовки негауссовых состояний, таких как состояния Готтесмана-Китаева-Прескилла (GKP), состояния кошки и полудня. Они имеют решающее значение во многих схемах квантовых вычислений и квантовой метрологии. Классическая оптимизация схем с PNR-детекторами является сложной задачей из-за их экспоненциально большого гильбертова пространства и квадратично более сложной задачей при наличии декогеренции, поскольку векторы состояния заменяются матрицами плотности. Для решения этой проблемы мы вводим семейство алгоритмов, которые вычисляют вероятности обнаружения, условные состояния (а также их градиенты относительно параметризации схемы) со сложностью, сравнимой с бесшумным случаем. Как следствие, мы можем моделировать и оптимизировать схемы с вдвое большим количеством режимов, чем раньше, используя те же ресурсы. Точнее, для схемы с шумом в $M$-режиме с обнаруженными модами $D$ и необнаруженными модами $U$ сложность нашего алгоритма равна $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu in mskip2mu D} C_i)$, а не $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu in mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, где $C_i$ — обрезание по Фоку режима $i$ . В частном случае наш подход предлагает полное квадратичное ускорение расчета вероятностей обнаружения, поскольку в этом случае обнаруживаются все моды. Наконец, эти алгоритмы реализованы и готовы к использованию в библиотеке фотонной оптимизации с открытым исходным кодом MrMustard.
Анимированные версии некоторых рисунков в рукописи (GIF) включены в дополнительные материалы.
Популярное резюме
Ученые могут положиться на классические компьютеры для моделирования и оптимизации этих цепей. Однако такое численное моделирование является фундаментально сложной задачей, особенно по мере роста размера схемы (если бы квантовые схемы можно было моделировать эффективно, они бы вообще не смогли превзойти классические компьютеры). Точнее, по мере того, как схемы становятся больше, время, необходимое для моделирования, и требуемая компьютерная память увеличиваются экспоненциально. Мало что можно сделать, чтобы избежать этого.
Эта проблема становится еще более сложной, когда мы отходим от идеальных схем и принимаем во внимание, что часть света неизбежно выходит из цепи. Включение таких реалистичных эффектов добавляет квадратичное увеличение вычислительных требований в дополнение к существующему экспоненциальному росту. В этой рукописи мы представляем новое семейство алгоритмов, которые могут учитывать такие реальные эффекты без добавления дополнительной квадратичной нагрузки. Это позволяет нам моделировать и оптимизировать реалистичные схемы с теми же усилиями, что и идеальные.
► Данные BibTeX
► Рекомендации
[1] Хуан Мигель Аррасола и Томас Р. Бромли. Использование выборки гауссовских бозонов для поиска плотных подграфов. Physical Review Letters, 121 (3), июль 2018 г. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Хуан Мигель Аррасола, Томас Р. Бромли и Патрик Ребентрост. Квантовая аппроксимационная оптимизация с выборкой гауссовских бозонов. Физическое обозрение А, 98 (1), июль 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.012322
[3] Леонардо Банки, Марк Фингерхут, Томас Бабей, Кристофер Инг и Хуан Мигель Аррасола. Молекулярная стыковка с выборкой гауссовских бозонов. Science Advances, 6 (23), июнь 2020 г.a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aax1950
[4] Леонардо Банки, Николас Кесада и Хуан Мигель Аррасола. Обучение распределению выборки гауссовых бозонов. Физическое обозрение А, 102 (1): 012417, 2020б. 10.1103/ФизРевА.102.012417.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012417
[5] Дж. Эли Бурасса, Рафаэль Н. Александер, Михаэль Фасмер, Ашлеша Патил, Илан Цитрин, Такая Мацуура, Дайкин Су, Бен К. Бараджола, Сайкат Гуха, Гийом Дофине и др. Проект масштабируемого фотонного отказоустойчивого квантового компьютера. Quantum, 5: 392, 2021. 10.22331/q-2021-02-04-392.
https://doi.org/10.22331/q-2021-02-04-392
[6] Камиль Брэдлер, Пьер-Люк Даллер-Демерс, Патрик Ребентрост, Дайцин Су и Кристиан Уидбрук. Выборка гауссовских бозонов для идеальных паросочетаний произвольных графов. Физическое обозрение А, 98 (3), сентябрь 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.98.032310
[7] Камил Брэдлер, Шмуэль Фридланд, Джош Исаак, Натан Киллоран и Дайцин Су. Изоморфизм графов и выборка гауссовых бозонов. Специальные матрицы, 9 (1): 166–196, январь 2021 г. 10.1515/spma-2020-0132.
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132
[8] Томас Р. Бромли, Хуан Мигель Аррасола, Соран Джахангири, Джош Исаак, Николас Кесада, Ален Д. Гран, Мария Шульд, Джереми Суинартон, Зейд Забане и Натан Киллоран. Применение фотонных квантовых компьютеров ближайшего будущего: программное обеспечение и алгоритмы. Квантовая наука и технология, 5 (3): 034010, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8504.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8504
[9] Джейкоб Ф. Ф. Балмер, Брин А. Белл, Рэйчел С. Чедвик, Алекс Э. Джонс, Диана Мойс, Алессандро Ригацци, Ян Торбек, Утц-Уве Хаус, Томас Ван Веренберг, Радж Б. Патель и др. Граница квантового преимущества при выборке гауссовских бозонов. Достижения науки, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Кевин Э. Кэхилл и Рой Дж. Глаубер. Операторы плотности и распределения квазивероятностей. Physical Review, 177 (5): 1882, 1969. 10.1103/PhysRev.177.1882.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882
[11] Косукэ Фукуи, Сюнтаро Такеда, Мамору Эндо, Варит Асаванант, Дзюнъити Ёсикава, Питер ван Лоок и Акира Фурусава. Эффективный обратный поиск для синтеза оптических квантовых состояний. Физ. Rev. Lett., 128: 240503, июнь 2022 г. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Кристофер К. Джерри и Питер Л. Найт. Введение в квантовую оптику. Издательство Кембриджского университета, 2005.
[13] Дэниел Готтесман, Алексей Китаев и Джон Прескилл. Кодирование кубита в генераторе. Физ. Ред. А, 64: 012310, июнь 2001 г. 10.1103/PhysRevA.64.012310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310
[14] Крейг С. Гамильтон, Регина Круз, Линда Сансони, Соня Баркхофен, Кристин Силберхорн и Игорь Джекс. Выборка гауссовских бозонов. Физ. Rev. Lett., 119: 170501, октябрь 2017 г. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Джунсук Ха и Ман-Хон Юнг. Выборка вибронных бозонов: обобщенная выборка гауссовых бозонов для молекулярных вибронных спектров при конечной температуре. Научные отчеты, 7 (1), август 2017 г. 10.1038/s41598-017-07770-z.
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-г
[16] Соран Джахангири, Хуан Мигель Аррасола, Николас Кесада и Натан Киллоран. Точечные процессы с выборкой гауссовых бозонов. Physical Review E, 101 (2), февраль 2020 г. 10.1103/physreve.101.022134.
https: / / doi.org/ 10.1103 / Physreve.101.022134
[17] Регина Круз, Крейг С. Гамильтон, Линда Сансони, Соня Баркхофен, Кристин Силберхорн и Игорь Джекс. Детальное исследование выборки гауссовых бозонов. Физ. Ред. А, 100: 032326, сентябрь 2019 г. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Филиппо М. Миатто и Николас Кесада. Быстрая оптимизация параметризованных квантовых оптических схем. Квантум, 4: 366, 2020. 10.22331/q-2020-11-30-366.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-30-366
[19] Чанхун О, Миньчжао Лю, Юрий Алексеев, Билл Фефферман и Лян Цзян. Тензорный сетевой алгоритм для моделирования экспериментальной выборки гауссовских бозонов. Препринт arXiv arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
Arxiv: 2306.03709
[20] Николас Кесада. Факторы Франка-Кондона основаны на подсчете идеальных паросочетаний графов с петлями. Журнал химической физики, 150 (16): 164113, 2019. 10.1063/1.5086387.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5086387
[21] Николас Кесада, Люк Г. Хелт, Джош Исаак, Хуан Мигель Аррасола, Рейхане Шахрохшахи, Кейси Р. Майерс и Кришна К. Сабапати. Имитация реалистичной подготовки негауссовского состояния. Физ. Ред. А, 100: 022341, август 2019 г. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Кришна К. Сабапати, Хаоюй Ци, Джош Исаак и Кристиан Уидбрук. Производство фотонных универсальных квантовых вентилей, улучшенное с помощью машинного обучения. Физ. Ред. А, 100: 012326, июль 2019 г. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Мария Шульд, Вилле Бергхольм, Кристиан Гоголин, Джош Исаак и Натан Киллоран. Оценка аналитических градиентов на квантовом оборудовании. Физ. Ред. А, 99 (3): 032331, 2019. 10.1103/PhysRevA.99.032331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
[24] Мария Шульд, Камил Брадлер, Роберт Исраэль, Дайцин Су и Браджеш Гупт. Измерение подобия графиков с помощью пробозона Гаусса. Физическое обозрение А, 101 (3), март 2020 г. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.101.032314
[25] Дайцинь Су, Кейси Р. Майерс и Кришна К. Сабапати. Преобразование гауссовских состояний в негауссовы состояния с использованием детекторов, разрешающих число фотонов. Физ. Ред. А, 100: 052301, ноябрь 2019 г.a. 10.1103/ФизРевА.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Дайцинь Су, Кейси Р. Майерс и Кришна К. Сабапати. Генерация фотонных негауссовских состояний путем измерения многомодовых гауссовских состояний. Препринт arXiv arXiv:1902.02331, 2019b. 10.48550/arXiv.1902.02331.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1902.02331
Arxiv: 1902.02331
[27] Кан Такасэ, Дзюнъити Ёсикава, Варит Асаванант, Мамору Эндо и Акира Фурусава. Генерация оптических состояний кота Шредингера путем обобщенного вычитания фотонов. Физ. Ред. А, 103: 013710, январь 2021 г. 10.1103/PhysRevA.103.013710.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.013710
[28] Кан Такасе, Косуке Фукуи, Акито Кавасаки, Варит Асаванант, Мамору Эндо, Дзюнъити Ёсикава, Питер ван Лоок и Акира Фурусава. Гауссово размножение для кодирования кубита в распространяющемся свете. Препринт arXiv arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
Arxiv: 2212.05436
[29] Ксанаду Квантовые технологии. Мистер Мастард. https://github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022 г.
https://github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Илан Цитрин, Дж. Эли Бурасса, Николас К. Меникуччи и Кришна К. Сабапати. Прогресс в направлении практического вычисления кубитов с использованием приближенных кодов Готтесмана-Китаева-Прескилла. Физ. Ред. А, 101: 032315, март 2020 г. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Юань Яо, Филиппо М. Миатто и Николас Кесада. Рекурсивное представление гауссовой квантовой механики. Препринт arXiv arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
Arxiv: 2209.06069
Цитируется
[1] Пранав Чандарана, Кошик Пол, Микель Гарсиа-де-Андуан, Юэ Бан, Микель Санс и Си Чен, «Алгоритм фотонной противодиабатической квантовой оптимизации», Arxiv: 2307.14853, (2023).
Приведенные цитаты из САО / НАСА ADS (последнее обновление успешно 2023-08-30 03:00:49). Список может быть неполным, поскольку не все издатели предоставляют подходящие и полные данные о цитировании.
On Цитируемый сервис Crossref Данные о цитировании работ не найдены (последняя попытка 2023-08-30 03:00:47).
Эта статья опубликована в Quantum под Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) лицензия. Авторское право остается за первоначальными правообладателями, такими как авторы или их учреждения.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- ЧартПрайм. Улучшите свою торговую игру с ChartPrime. Доступ здесь.
- Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
- Источник: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :является
- :нет
- :куда
- 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
- в состоянии
- выше
- АБСТРАКТ НАЯ
- доступ
- Учетная запись
- добавить
- Добавляет
- продвижение
- авансы
- плюс
- принадлежность
- AL
- Alex
- Alexander
- алгоритм
- алгоритмы
- Все
- позволяет
- an
- аналитический
- и
- Приложения
- подхода
- приблизительный
- МЫ
- AS
- At
- август
- Август
- автор
- Авторы
- прочь
- Запрет
- BE
- становится
- было
- до
- не являетесь
- Колокол
- Бен
- Билл
- Блоки
- бозон
- изоферменты печени
- граница
- Ломать
- Строительство
- by
- вычислять
- расчет
- Кембридж
- CAN
- случаев
- Кейси
- КПП
- Центр
- вызов
- сложные
- химический
- чен
- Чикаго
- Кристин
- Кристофер
- Коды
- комментарий
- Commons
- сравнимый
- полный
- комплекс
- сложность
- вычисление
- компьютер
- компьютеры
- вычисление
- Конверсия
- авторское право
- может
- подсчет
- Крейг
- решающее значение
- чашка
- Дэниел
- данным
- запросы
- Кафедра
- предназначенный
- подробный
- обнаруженный
- обнаружение
- обсуждать
- распределения
- do
- два
- e
- Е & Т
- эффекты
- эффективный
- эффективно
- усилие
- расширение
- бежать
- особенно
- оценки
- Даже
- существующий
- экспериментальный
- экспоненциальный
- Экспоненциальный рост
- экспоненциально
- дополнительно
- факторы
- семья
- БЫСТРО
- февраль
- Февраль 2020
- поле
- цифры
- в заключение
- Найдите
- Во-первых,
- Что касается
- найденный
- от
- полный
- принципиально
- ворота
- порождать
- поколение
- градиенты
- график
- Графики
- большой
- группы
- Расти
- Растет
- Рост
- Гамильтон
- Аппаратные средства
- Гарвардский
- Есть
- держатели
- Однако
- HTTPS
- i
- идеальный
- if
- изображение
- в XNUMX году
- in
- включены
- включения
- Увеличение
- неизбежно
- ING
- Институт
- учреждения
- интересный
- Мультиязычность
- в
- вводить
- вводный
- Израиль
- Января
- январь
- Январь 2021г.
- JavaScript
- John
- Джонс
- журнал
- Джон
- июль
- июнь
- Рыцарь
- большой
- больше
- Фамилия
- изучение
- Оставлять
- Библиотека
- Лицензия
- легкий
- такое как
- Линда
- Список
- мало
- загрузка
- машина
- обучение с помощью машины
- сделать
- многих
- Март
- Марш 2020
- maria
- отметка
- материалы
- макс-ширина
- Май..
- измерение
- механика
- Память
- метрология
- Майкл
- режим
- Режимы
- молекулярный
- Месяц
- БОЛЕЕ
- двигаться
- необходимый
- сеть
- Новые
- никола
- нет
- Ноябрь
- номер
- октябрь
- of
- Предложения
- oh
- on
- ONE
- те,
- открытый
- с открытым исходным кодом
- Операторы
- оптика
- оптимизация
- Оптимизировать
- оптимизирующий
- or
- оригинал
- наши
- опережать
- страниц
- бумага & картон
- Париж
- часть
- особый
- Патрик
- Пол
- ИДЕАЛЬНОЕ
- Питер
- физический
- Физически
- Физика
- основной
- Часть
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- Играть
- Точка
- потенциал
- практическое
- Точно
- подготовка
- Готовит
- присутствие
- нажмите
- Проблема
- Процессы
- Производство
- Прогресс
- обеспечивать
- опубликованный
- издатель
- Издатели
- Qi
- квадратный
- Квантовый
- квантовое преимущество
- Квантовый компьютер
- квантовые компьютеры
- квантовые вычисления
- Квантовая механика
- Квантовая оптика
- Кубит
- R
- Рафаэль
- скорее
- готовый
- реальный мир
- реалистичный
- реализованный
- рекурсивный
- Рекомендации
- полагаться
- остатки
- заменить
- Отчеты
- представление
- обязательный
- исследованиям
- решения
- Полезные ресурсы
- уважение
- обзоре
- РОБЕРТ
- Роли
- Рой
- s
- то же
- масштабируемые
- схемы
- Наука
- Наука и технологии
- научный
- Поиск
- сентябрь
- служить
- демонстрации
- аналогичный
- Размер
- Software
- некоторые
- Space
- особый
- Область
- Области
- Кабинет
- подграфы
- Успешно
- такие
- подходящее
- превосходить
- снасти
- взять
- технологии
- Технологии
- чем
- который
- Ассоциация
- их
- теоретический
- Там.
- Эти
- они
- этой
- время
- Название
- в
- топ
- Торонто
- к
- Обучение
- Дважды
- под
- Universal
- Университет
- Чикагский университет
- обновление
- URL
- us
- использование
- используемый
- через
- версии
- объем
- хотеть
- законопроект
- we
- ЧТО Ж
- когда
- , которые
- без
- работает
- xi
- год
- юань
- зефирнет