Povzetek: Analiza kvantnih vezij prek simulacije abstraktnega stabilizatorja

Povzetek: Analiza kvantnih vezij prek simulacije abstraktnega stabilizatorja

Časovni žig: 20. november 2023 10:17

Benjamin Bichsel, Anouk Paradis, Maximilian Baader in Martin Vechev

ETH Zürich, Švica

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Simulacija stabilizatorja lahko učinkovito simulira pomemben razred kvantnih vezij, ki jih sestavljajo izključno Cliffordova vrata. Vendar pa vse obstoječe razširitve te simulacije na poljubna kvantna vezja, vključno z vrati, ki niso Clifford, trpijo zaradi eksponentnega časa izvajanja.
Za reševanje tega izziva predstavljamo nov pristop za učinkovito simulacijo stabilizatorja na poljubnih kvantnih vezjih, za ceno izgubljene natančnosti. Naša ključna ideja je stisniti eksponentno vsoto predstavitev kvantnega stanja v en sam $abstrakten$ seštevek, ki pokriva (vsaj) vse pojavljajoče se seštevke. To nam omogoča uvedbo $textit{simulatorja abstraktnega stabilizatorja}$, ki učinkovito manipulira z abstraktnimi seštevanki s $pretiranim približevanjem$ učinka operacij vezja, vključno s Cliffordovimi vrati, ne-Cliffordovimi vrati in (notranjimi) meritvami.
Implementirali smo naš abstraktni simulator v orodju, imenovanem Abstraqt, in eksperimentalno dokazali, da lahko Abstraqt vzpostavi lastnosti vezja, ki niso obvladljive za obstoječe tehnike.

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

Predstavljena slika: Abstraqt stisne predstavitev eksponentne vsote kvantnega stanja v en sam abstraktni seštevek.

► BibTeX podatki

► Reference

[1] Daniel Gottesman. "Heisenbergova predstavitev kvantnih računalnikov". Tehnično poročilo arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: kvant-ph / 9807006

[2] Scott Aaronson in Daniel Gottesman. "Izboljšana simulacija stabilizatorskih vezij". Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Robert Rand, Aarthi Sundaram, Kartik Singhal in Brad Lackey. "Razširitev tipov gottesman zunaj skupine Clifford". Na drugi mednarodni delavnici o programskih jezikih za kvantno računalništvo (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 in John van de Wetering. "Simulacija kvantnih vezij z ZX-računom zmanjšane razgradnje stabilizatorja". Kvantna znanost in tehnologija 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Sergey Bravyi, Dan Browne, Padraic Calpin, Earl Campbell, David Gosset in Mark Howard. "Simulacija kvantnih vezij z razpadi stabilizatorjev nizkega ranga". Quantum 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Hakop Pashayan, Oliver Reardon-Smith, Kamil Korzekwa in Stephen D. Bartlett. "Hitra ocena verjetnosti izida za kvantna vezja". PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] “Klasična simulacija kvantnih vezij z delnimi in grafičnimi stabilizatorskimi razgradnjami”. Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Patrick Cousot in Radhia Cousot. »Abstraktna interpretacija: poenoten mrežni model za statično analizo programov s konstrukcijo ali aproksimacijo fiksnih točk«. V zborniku 4. simpozija ACM SIGACT-SIGPLAN o načelih programskih jezikov. Strani 238–252. POPL '77 New York, NY, ZDA (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Patrick Cousot in Radhia Cousot. “Okviri abstraktne interpretacije”. Journal of logic and computation 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 in Xavier Rival. "Statični analizator za veliko varnostno kritično programsko opremo". Obvestila ACM SIGPLAN 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Francesco Logozzo in Manuel Fähndrich. Pentagoni: šibko relacijska abstraktna domena za učinkovito validacijo dostopov do matrike. Znanost o računalniškem programiranju 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 in Martin Vechev. »AI2: Certificiranje varnosti in robustnosti nevronskih mrež z abstraktno interpretacijo«. Leta 2018 na simpoziju IEEE o varnosti in zasebnosti (SP). Strani 3–18. San Francisco, CA (2018). IEEE.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen in Isaac L. Chuang. “Kvantno računanje in kvantne informacije: izdaja ob 10. obletnici”. 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, Naoki Kanazawa, 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 Taylour, 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 in Christa Zoufal. »Qiskit: odprtokodno ogrodje za kvantno računalništvo« (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 in Travis E. Oliphant. “Programiranje nizov z NumPy”. Narava 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Siu Kwan Lam, Antoine Pitrou in Stanley Seibert. »Numba: prevajalnik Python JIT, ki temelji na LLVM«. V zborniku druge delavnice o infrastrukturi prevajalnika LLVM v HPC. Strani 1–6. LLVM '15New York, NY, ZDA (2015). Združenje za računalniške stroje.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Craig Gidney. "Stim: simulator hitrega stabilizacijskega vezja". Quantum 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Henry S. Warren. "Hekersko veselje". Addison-Wesley Professional. (2012). 2. izdaja.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Aleks Kissinger in John van de Wetering. "PyZX: Avtomatizirano diagramsko sklepanje v velikem obsegu". V Bob Coecke in Matthew Leifer, urednika, Zbornik 16. mednarodne konference o kvantni fiziki in logiki, Univerza Chapman, Orange, CA, ZDA, 10.–14. junij 2019. Zvezek 318 elektronskih zbornikov iz teoretičnega računalništva, strani 229–241. Open Publishing Association (2020).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] Matthew Amy. "K obsežnemu funkcionalnemu preverjanju univerzalnih kvantnih vezij". Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 287, 1–21 (2019).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] Nengkun Yu in Jens Palsberg. “Kvantna abstraktna interpretacija”. V zborniku 42. mednarodne konference ACM SIGPLAN o oblikovanju in implementaciji programskega jezika. Strani 542–558. PLDI 2021 New York, NY, ZDA (2021). Združenje za računalniške stroje.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Antoine Miné. "Šibko relacijske numerične abstraktne domene". Doktorska disertacija (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 kvantne prepletenosti na podlagi abstraktne interpretacije". V zborniku 15. mednarodnega simpozija o statični analizi. Strani 270–282. SAS '08Berlin, Heidelberg (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Kentaro Honda. "Analiza kvantne prepletenosti v kvantnih programih z uporabo stabilizatorskega formalizma". Elektronski zbornik iz teoretičnega računalništva 195 (2015).
https: / / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li in Michael Hicks. “Dokazovanje pravilnosti kvantnih programov”. 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 in Benoît Valiron. "Avtomatsko deduktivno verifikacijsko ogrodje za kvantne programe za gradnjo vezij". V programskih jezikih in sistemih. Strani 148–177. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Mingsheng Ying, Shenggang Ying in Xiaodi Wu. “Invariante kvantnih programov: Karakterizacije in generiranje”. SIGPLAN Ne. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Navedel

Pridobitve ni bilo mogoče Crossref citirani podatki med zadnjim poskusom 2023-11-20 15:19:03: ni bilo mogoče pridobiti navajanih podatkov za 10.22331 / q-2023-11-20-1185 od podjetja Crossref. To je normalno, če je bil DOI registriran pred kratkim. Na SAO / NASA ADS ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2023-11-20 15:19:04).

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Časovni žig:

Več od Quantum Journal