Klasične sence na podlagi lokalno zapletenih meritev

Klasične sence na podlagi lokalno zapletenih meritev

Časovni žig: 21. marec 2024 6

Matteo Ippoliti

Oddelek za fiziko, Univerza v Teksasu v Austinu, Austin, TX 78712, ZDA
Oddelek za fiziko, Univerza Stanford, Stanford, CA 94305, ZDA

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

Minimalizem

Preučujemo klasične senčne protokole, ki temeljijo na naključnih meritvah v $n$-kubitnih zapletenih bazah, pri čemer posplošujemo naključni Paulijev merilni protokol ($n = 1$). Pokažemo, da zapletene meritve ($ngeq 2$) omogočajo netrivialne in potencialno ugodne kompromise v kompleksnosti vzorca pri učenju Paulijevih pričakovanih vrednosti. To jasno ponazarjajo sence na podlagi dvokubitnih Bellovih meritev: skaliranje kompleksnosti vzorca s Paulijevo težo $k$ se kvadratno izboljša (od $sim 3^k$ navzdol do $sim 3^{k/2}$) za mnoge operaterjev, drugih pa postane nemogoče naučiti. Prilagoditev količine prepletenosti v merilnih bazah definira družino protokolov, ki interpolirajo med Paulijevo in Bellovo senco, pri čemer ohranijo nekatere prednosti obeh. Za velike $n$ pokažemo, da naključne meritve v bazah $n$-qubit GHZ dodatno izboljšajo najboljše skaliranje na $sim (3/2)^k$, čeprav na vse bolj omejenem naboru operaterjev. Kljub preprostosti in nižjim zahtevam glede strojne opreme se lahko ti protokoli ujemajo z nedavno uvedenimi "plitvimi sencami" ali jih prekašajo pri nekaterih praktično pomembnih Paulijevih nalogah ocenjevanja.

Klasične sence, ki temeljijo na lokalno zapletenih meritvah PlatoBlockchain Data Intelligence. Navpično iskanje. Ai.

Predstavljena slika: levo: vezje, ki izvaja lokalno zapletene meritve. Desno: razdelitev matrike qubit v zapletene pare, kar olajša učenje pričakovane vrednosti nekaterih operaterjev (zeleno), drugih pa ne (rdeče).

► BibTeX podatki

► Reference

[1] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng in John Preskill. "Napovedovanje številnih lastnosti kvantnega sistema iz zelo malo meritev". Nature Physics 16, 1050–1057 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-020-0932-7

[2] Andreas Elben, Steven T. Flammia, Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng, John Preskill, Benoit Vermersch in Peter Zoller. "Zbirka orodij za naključne meritve". Nature Reviews Physics 5, 9–24 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-022-00535-2

[3] Charles Hadfield, Sergey Bravyi, Rudy Raymond in Antonio Mezzacapo. »Meritve kvantnih hamiltonianov z lokalno pristranskimi klasičnimi sencami« (2020). arXiv:2006.15788.
arXiv: 2006.15788

[4] Senrui Chen, Wenjun Yu, Pei Zeng in Steven T. Flammia. "Robusna ocena sence". PRX Quantum 2, 030348 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030348

[5] Atithi Acharya, Siddhartha Saha in Anirvan M. Sengupta. "Senčna tomografija, ki temelji na informacijsko popolni pozitivni meritvi, ovrednoteni z operaterjem". Physical Review A 104, 052418 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.052418

[6] GI Struchalin, Ya. A. Zagorovskii, EV Kovlakov, SS Straupe in SP Kulik. “Eksperimentalna ocena lastnosti kvantnega stanja iz klasičnih senc”. PRX Quantum 2, 010307 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010307

[7] Ryan Levy, Di Luo in Bryan K. Clark. "Klasične sence za kvantno procesno tomografijo na bližnjeročnih kvantnih računalnikih". Physical Review Research 6, 013029 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.6.013029

[8] Jonathan Kunjummen, Minh C. Tran, Daniel Carney in Jacob M. Taylor. "Senčna procesna tomografija kvantnih kanalov". Physical Review A 107, 042403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.042403

[9] Hsin-Yuan Huang. "Učenje kvantnih stanj iz njihovih klasičnih senc". Nature Reviews Physics 4, 81–81 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00411-5

[10] Kianna Wan, William J. Huggins, Joonho Lee in Ryan Babbush. "Matchgate Shadows za fermionsko kvantno simulacijo". Sporočila v matematični fiziki 404, 629–700 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-023-04844-0

[11] Kaifeng Bu, Dax Enshan Koh, Roy J. Garcia in Arthur Jaffe. “Klasične sence s Paulijevo invariantnimi enotnimi ansambli”. npj Kvantne informacije 10, 1–7 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00801-w

[12] H. Chau Nguyen, Jan Lennart Bonsel, Jonathan Steinberg in Otfried Guhne. »Optimizacija senčne tomografije s splošnimi meritvami«. Physical Review Letters 129, 220502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220502

[13] Dax Enshan Koh in Sabee Grewal. "Klasične sence s šumom". Quantum 6, 776 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-16-776

[14] Daniel Grier, Hakop Pashayan in Luke Schaeffer. »Vzorec-optimalne klasične sence za čista stanja« (2022). arXiv:2211.11810.
arXiv: 2211.11810

[15] Simon Becker, Nilanjana Datta, Ludovico Lami in Cambyse Rouze. “Klasična senčna tomografija za kvantne sisteme z zveznimi spremenljivkami” (2022). arXiv:2211.07578.
arXiv: 2211.07578

[16] Alireza Seif, Ze-Pei Cian, Sisi Zhou, Senrui Chen in Liang Jiang. »Senčna destilacija: kvantno zmanjšanje napak s klasičnimi sencami za bližnje kvantne procesorje«. PRX Quantum 4, 010303 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010303

[17] Katherine Van Kirk, Jordan Cotler, Hsin-Yuan Huang in Mikhail D. Lukin. »Strojno učinkovito učenje kvantnih stanj več teles« (2022). arXiv:2212.06084.
arXiv: 2212.06084

[18] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo idr. "Kvantna premoč z uporabo programabilnega superprevodnega procesorja". Narava 574, 505–510 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-1666-5

[19] Ehud Altman, Kenneth R. Brown, Giuseppe Carleo, Lincoln D. Carr, Eugene Demler, Cheng Chin, Brian DeMarco, Sophia E. Economou idr. "Kvantni simulatorji: arhitekture in priložnosti". PRX Quantum 2, 017003 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.017003

[20] Sepehr Ebadi, Tout T. Wang, Harry Levine, Alexander Keesling, Giulia Semeghini, Ahmed Omran, Dolev Bluvstein, Rhine Samajdar idr. "Kvantne faze snovi na 256-atomskem programabilnem kvantnem simulatorju". Narava 595, 227–232 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03582-4

[21] Xiao Mi, Pedram Roushan, Chris Quintana, Salvatore Mandra, Jeffrey Marshall, Charles Neill, Frank Arute, Kunal Arya idr. "Premešavanje informacij v kvantnih vezjih". Znanost 374, 1479–1483 (2021).
https://doi.org/ 10.1126/science.abg5029

[22] Tiff Brydges, Andreas Elben, Petar Jurčević, Benoit Vermersch, Christine Maier, Ben P. Lanyon, Peter Zoller, Rainer Blatt idr. "Sondiranje entropije zapletenosti Renyi z naključnimi meritvami". Znanost 364, 260–263 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aau4963

[23] A. Elben, B. Vermersch, CF Roos in P. Zoller. »Statistične korelacije med lokalno randomiziranimi meritvami: zbirka orodij za sondiranje zapletenosti v kvantnih stanjih več teles«. Phys. Rev. A 99, 052323 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052323

[24] Ahmed A. Akhtar, Hong-Ye Hu in Yi-Zhuang You. "Razširljiva in prilagodljiva klasična senčna tomografija s tenzorskimi omrežji". Quantum 7, 1026 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-06-01-1026

[25] Christian Bertoni, Jonas Haferkamp, ​​Marcel Hinsche, Marios Ioannou, Jens Eisert in Hakop Pashayan. »Plitke sence: Ocena pričakovanja z uporabo nizkoglobinskih naključnih Cliffordovih vezij« (2022). arXiv:2209.12924.
arXiv: 2209.12924

[26] Mirko Arienzo, Markus Heinrich, Ingo Roth in Martin Kliesch. "Analitični izrazi zaprte oblike za oceno senc z zidanimi vezji". Kvantne informacije in računanje 23, 961 (2023).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC23.11-12-5

[27] Matteo Ippoliti, Yaodong Li, Tibor Rakovszky in Vedika Khemani. "Sproščenost operaterja in optimalna globina klasičnih senc". Physical Review Letters 130, 230403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.230403

[28] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng in John Preskill. »Učinkovita ocena Paulijevih opazovalk z derandomizacijo«. Physical Review Letters 127, 030503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.030503

[29] Jutho Haegeman, David Perez-Garcia, Ignacio Cirac in Norbert Schuch. "Parameter naročila za simetrično zaščitene faze v eni dimenziji". Physical Review Letters 109, 050402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050402

[30] H. Bombin. »Uvod v topološke kvantne kode« (2013). arXiv:1311.0277.
arXiv: 1311.0277

[31] DJ Thouless. "Izmenjava v trdnem 3He in Heisenbergov Hamiltonian". Proceedings of the Physical Society 86, 893 (1965).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0370-1328/​86/​5/​301

[32] Alexander Altland in Ben D. Simons. “Teorija polja kondenzirane snovi”. Cambridge University Press. Cambridge (2010). 2. izdaja.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511789984

[33] Debanjan Chowdhury, Suvrat Raju, Subir Sachdev, Ajay Singh in Philipp Strack. “Večtočkovni korelatorji konformnih teorij polja: Posledice za kvantni kritični transport”. Physical Review B 87, 085138 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.87.085138

[34] I. Kukuljan, S. Sotiriadis in G. Takacs. “Korelacijske funkcije kvantnega sinus-gordonovega modela v in izven ravnovesja”. Phys. Rev. Lett. 121, 110402 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.110402

[35] Fabian B. Kugler, Seung-Sup B. Lee in Jan von Delft. “Večtočkovne korelacijske funkcije: spektralna predstavitev in numerična ocena”. Phys. Rev. X 11, 041006 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041006

[36] Hong-Ye Hu, Soonwon Choi in Yi-Zhuang You. “Klasična senčna tomografija z lokalno kodirano kvantno dinamiko”. Physical Review Research 5, 023027 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.5.023027

[37] Yi-Zhuang You in Yingfei Gu. "Značilnosti zapletanja naključne Hamiltonove dinamike". Physical Review B 98, 014309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.014309

[38] Wei-Ting Kuo, AA Akhtar, Daniel P. Arovas in Yi-Zhuang You. "Markovska dinamika prepletenosti pod lokalno kodirano kvantno evolucijo". Physical Review B 101, 224202 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.101.224202

[39] Matteo Ippoliti in Vedika Khemani. »Prehodi učljivosti v spremljani kvantni dinamiki prek klasičnih senc prisluškovalca« (2023). arXiv:2307.15011.
arXiv: 2307.15011

[40] Peter Shor in Raymond Laflamme. “Kvantni analog MacWilliamsovih identitet za klasično teorijo kodiranja”. Physical Review Letters 78, 1600–1602 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.1600

[41] ChunJun Cao, Michael J. Gullans, Brad Lackey in Zitao Wang. »Razširitveni paket Quantum Lego: Števci iz tenzorskih omrežij« (2023). arXiv:2308.05152.
arXiv: 2308.05152

[42] Daniel Miller, Daniel Loss, Ivano Tavernelli, Hermann Kampermann, Dagmar Bruss in Nikolai Wyderka. “Shor-Laflammejeve porazdelitve stanj grafa in hrupna robustnost prepletenosti”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 56, 335303 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ace8d4

[43] Ikko Hamamura in Takashi Imamichi. "Učinkovito vrednotenje kvantnih opazovanj z uporabo zapletenih meritev". npj Kvantne informacije 6, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0284-2

[44] Ruho Kondo, Yuki Sato, Satoshi Koide, Seiji Kajita in Hideki Takamatsu. "Računalniško učinkovito kvantno pričakovanje z razširjenimi zvonovimi meritvami". Quantum 6, 688 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-04-13-688

[45] Francisco Escudero, David Fernandez-Fernandez, Gabriel Jauma, Guillermo F. ​​Penas in Luciano Pereira. »Strojno učinkovite zapletene meritve za variacijske kvantne algoritme«. Uporabljen fizični pregled 20, 034044 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.20.034044

[46] Zhang Jiang, Amir Kalev, Wojciech Mruczkiewicz in Hartmut Neven. "Optimalno preslikavo fermionov v kubit prek ternarnih dreves z aplikacijami za zmanjšano učenje kvantnih stanj". Quantum 4, 276 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-04-276

[47] Ruben Verresen. »Vse je kvantni Isingov model« (2023). arXiv:2301.11917.
arXiv: 2301.11917

[48] Charles Hadfield. »Prilagodljive Paulijeve sence za oceno energije« (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207

[49] Stefan Hillmich, Charles Hadfield, Rudy Raymond, Antonio Mezzacapo in Robert Wille. “Odločitveni diagrami za kvantne meritve s plitvimi vezji”. Leta 2021 Mednarodna konferenca IEEE o kvantnem računalništvu in inženirstvu (QCE). Strani 24–34. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE52317.2021.00018

[50] Tzu-Ching Yen, Aadithya Ganeshram in Artur F. Izmaylov. “Deterministične izboljšave kvantnih meritev z združevanjem združljivih operaterjev, nelokalnih transformacij in ocen kovarianc”. npj Kvantne informacije 9, 1–7 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00683-y

[51] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang in Xiao Yuan. "Merjenje prekrivajočega združevanja: poenoten okvir za merjenje kvantnih stanj". Quantum 7, 896 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-01-13-896

[52] Minh C. Tran, Daniel K. Mark, Wen Wei Ho in Soonwon Choi. "Merjenje poljubnih fizikalnih lastnosti v analogni kvantni simulaciji". Physical Review X 13, 011049 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.011049

[53] Max McGinley in Michele Fava. "Senčna tomografija iz načrtov nastajajočih stanj v analognih kvantnih simulatorjih". Physical Review Letters 131, 160601 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.131.160601

[54] Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Ivaylo S. Madjarov, Xin Xie, Ran Finkelstein, Jacob P. Covey, Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark, et al. "Priprava naključnih stanj in primerjalna analiza s kvantnim kaosom več teles". Narava 613, 468–473 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-022-05442-1

[55] Jordan S. Cotler, Daniel K. Mark, Hsin-Yuan Huang, Felipe Hernandez, Joonhee Choi, Adam L. Shaw, Manuel Endres in Soonwon Choi. »Emergentni načrti kvantnega stanja iz posameznih funkcij več telesnih valov«. PRX Quantum 4, 010311 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010311

[56] Wen Wei Ho in Soonwon Choi. "Natančne zasnove nastajajočega kvantnega stanja iz kvantne kaotične dinamike". Physical Review Letters 128, 060601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.060601

[57] Pieter W. Claeys in Austen Lamacraft. "Nastajajoči načrti kvantnih stanj in biunitarnost v dinamiki dual-unitnega vezja". Quantum 6, 738 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-06-15-738

[58] Matteo Ippoliti in Wen Wei Ho. "Dinamično čiščenje in nastanek kvantnih načrtov stanja iz projektiranega ansambla". PRX Quantum 4, 030322 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.030322

[59] Matteo Ippoliti in Wen Wei Ho. "Rešljiv model globoke termalizacije z različnimi časi načrtovanja". Quantum 6, 886 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-12-29-886

[60] Pieter W. Claeys. "Univerzalnost v kvantnih posnetkih". Kvantni pogledi 7, 71 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​qv-2023-01-27-71

Navedel

[1] Benoît Vermersch, Marko Ljubotina, J. Ignacio Cirac, Peter Zoller, Maksym Serbyn in Lorenzo Piroli, “Mnogodelne entropije in prepletenost iz polinomsko mnogo lokalnih meritev”, arXiv: 2311.08108, (2023).

[2] Matteo Ippoliti in Vedika Khemani, »Prehodi učljivosti v spremljani kvantni dinamiki prek klasičnih senc prisluškovalca«, arXiv: 2307.15011, (2023).

[3] Bujiao Wu in Dax Enshan Koh, »Fermionske klasične sence z zmanjšanimi napakami na hrupnih kvantnih napravah«, arXiv: 2310.12726, (2023).

[4] Dominik Šafránek in Dario Rosa, "Merjenje energije z merjenjem katere koli druge opazljive vrednosti", Fizični pregled A 108 2, 022208 (2023).

[5] Arkopal Dutt, William Kirby, Rudy Raymond, Charles Hadfield, Sarah Sheldon, Isaac L. Chuang in Antonio Mezzacapo, »Praktično primerjalno testiranje naključnih merilnih metod za kvantno kemijske hamiltonije«, arXiv: 2312.07497, (2023).

[6] Tianren Gu, Xiao Yuan in Bujiao Wu, "Učinkovite merilne sheme za bozonske sisteme", Kvantna znanost in tehnologija 8 4, 045008 (2023).

[7] Yuxuan Du, Yibo Yang, Tongliang Liu, Zhouchen Lin, Bernard Ghanem in Dacheng Tao, »ShadowNet for Data-Centric Quantum System Learning«, arXiv: 2308.11290, (2023).

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2024-03-23 10:25:55). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

On Crossref je navedel storitev ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2024-03-23 10:25:53).

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