1Photonics Research Group, INTEC, Ghent University – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Ghent, Belgien
2Télécom Paris och Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, Frankrike
3Xanadu, Toronto, ON, M5G 2C8, Kanada
4Kadanoff Center for Theoretical Physics & Enrico Fermi Institute, Institutionen för fysik, University of Chicago, Chicago, IL 60637
Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Linjära optiska kvantkretsar med fotonnummerupplösningsdetektorer (PNR) används för både Gaussian Boson Sampling (GBS) och för beredning av icke-Gaussiska tillstånd som Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat och NOON-tillstånd. De är avgörande i många system för kvantberäkning och kvantmetrologi. Klassiskt att optimera kretsar med PNR-detektorer är utmanande på grund av deras exponentiellt stora Hilbert-utrymme, och kvadratiskt mer utmanande i närvaro av dekoherens då tillståndsvektorer ersätts av densitetsmatriser. För att ta itu med detta problem introducerar vi en familj av algoritmer som beräknar detektionssannolikheter, villkorade tillstånd (liksom deras gradienter med avseende på kretsparametrisering) med en komplexitet som är jämförbar med det brusfria fallet. Som en konsekvens kan vi simulera och optimera kretsar med dubbelt så många lägen som vi kunde tidigare, med samma resurser. Mer exakt, för en bullrig krets i $M$-läge med detekterade lägen $D$ och oupptäckta lägen $U$, är komplexiteten hos vår algoritm $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu i mskip2mu D} C_i)$, snarare än $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu i mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, där $C_i$ är Fock cutoff för läge $i$ . Som ett särskilt fall erbjuder vårt tillvägagångssätt en fullständig kvadratisk hastighetshöjning för att beräkna detektionssannolikheter, eftersom i så fall alla lägen detekteras. Slutligen är dessa algoritmer implementerade och redo att användas i det öppna källkodsfotoniska optimeringsbiblioteket MrMustard.
Animerade versioner av vissa figurer i manuskriptet (GIF) ingår i tilläggsmaterialet.
Populär sammanfattning
Forskare kan lita på klassiska datorer för att simulera och optimera dessa kretsar. Sådana numeriska simuleringar är dock i grunden utmanande, särskilt när storleken på kretsen växer (om kvantkretsar kunde simuleras effektivt skulle de inte kunna överträffa klassiska datorer i första hand). Närmare bestämt, när kretsar växer sig större, ökar både tiden som behövs för simuleringar och det erforderliga datorminnet exponentiellt. Det finns lite man kan göra för att undkomma detta.
Denna utmaning blir ännu större när vi går bort från idealiska kretsar och vi tar hänsyn till att en del av ljuset oundvikligen flyr från kretsen. Att införliva sådana realistiska effekter lägger till en kvadratisk ökning av beräkningskraven utöver den existerande exponentiella tillväxten. I det här manuskriptet introducerar vi en ny familj av algoritmer som kan ta hänsyn till sådana verkliga effekter utan att lägga till den extra kvadratiska belastningen. Detta gör att vi kan simulera och optimera realistiska kretsar med samma ansträngning som idealiska.
► BibTeX-data
► Referenser
[1] Juan Miguel Arrazola och Thomas R. Bromley. Använda Gaussisk bosonsampling för att hitta täta subgrafer. Physical Review Letters, 121 (3), juli 2018. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.121.030503
[2] Juan Miguel Arrazola, Thomas R. Bromley och Patrick Rebentrost. Ungefärlig kvantoptimering med Gaussisk bosonsampling. Physical Review A, 98 (1), juli 2018. 10.1103/physreva.98.012322.
https: / ⠀ </ ⠀ <doi.org/†<10.1103 / ⠀ <physreva.98.012322
[3] Leonardo Banchi, Mark Fingerhuth, Tomas Babej, Christopher Ing och Juan Miguel Arrazola. Molekylär dockning med Gaussisk bosonsampling. Science Advances, 6 (23), juni 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https: / / doi.org/ 10.1126 / sciadv.aax1950
[4] Leonardo Banchi, Nicolás Quesada och Juan Miguel Arrazola. Träning av Gaussiska bosons provtagningsfördelningar. Physical Review 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. Ritning för en skalbar fotonisk feltolerant kvantdator. 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 och Christian Weedbrook. Gaussisk bosonsampling för perfekt matchning av godtyckliga grafer. Physical Review A, 98 (3), september 2018. 10.1103/physreva.98.032310.
https: / ⠀ </ ⠀ <doi.org/†<10.1103 / ⠀ <physreva.98.032310
[7] Kamil Brádler, Shmuel Friedland, Josh Izaac, Nathan Killoran och Daiqin Su. Grafisomorfism och Gaussisk bosonsampling. Special Matrices, 9 (1): 166–196, januari 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 och Nathan Killoran. Tillämpningar av fotoniska kvantdatorer på kort sikt: programvara och algoritmer. 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, et al. Gränsen för kvantfördelar vid Gaussisk bosonsampling. Science advances, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Kevin E. Cahill och Roy J. Glauber. Densitetsoperatorer och kvasisannolikhetsfördelningar. 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 och Akira Furusawa. Effektiv backcasting-sökning för optisk kvanttillståndssyntes. Phys. Rev. Lett., 128: 240503, juni 2022. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Christopher C. Gerry och Peter L. Knight. Inledande kvantoptik. Cambridge University Press, 2005.
[13] Daniel Gottesman, Alexei Kitaev och John Preskill. Koda en qubit i en oscillator. Phys. Rev. A, 64: 012310, juni 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 och Igor Jex. Gaussisk bosonprovtagning. Phys. Rev. Lett., 119: 170501, oktober 2017. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Joonsuk Huh och Man-Hong Yung. Vibronisk bosonsampling: Generaliserad Gaussisk bosonsampling för molekylära vibroniska spektra vid ändlig temperatur. Scientific Reports, 7 (1), augusti 2017. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Soran Jahangiri, Juan Miguel Arrazola, Nicolás Quesada och Nathan Killoran. Punktprocesser med Gaussisk bosonsampling. Physical Review E, 101 (2), februari 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 och Igor Jex. Detaljerad studie av Gaussisk bosonprovtagning. Phys. Rev. A, 100: 032326, september 2019. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Filippo M. Miatto och Nicolás Quesada. Snabb optimering av parametriserade kvantoptiska kretsar. 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 och Liang Jiang. Tensornätverksalgoritm för simulering av experimentell Gaussisk bosonsampling. 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 faktorer genom att räkna perfekta matchningar av grafer med loopar. The Journal of Chemical Physics, 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 och Krishna K. Sabapathy. Simulerar realistiska icke-Gaussiska statliga förberedelser. Phys. Rev. A, 100: 022341, augusti 2019. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Krishna K. Sabapathy, Haoyu Qi, Josh Izaac och Christian Weedbrook. Produktion av fotoniska universella kvantportar förbättrade av maskininlärning. Phys. Rev. A, 100: 012326, juli 2019. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Maria Schuld, Ville Bergholm, Christian Gogolin, Josh Izaac och Nathan Killoran. Utvärdera analytiska gradienter på kvanthårdvara. Phys. 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 och Brajesh Gupt. Mätning av likheten mellan grafer med en Gaussisk bosonprovtagare. Physical Review A, 101 (3), mars 2020. 10.1103/physreva.101.032314.
https: / ⠀ </ ⠀ <doi.org/†<10.1103 / ⠀ <physreva.101.032314
[25] Daiqin Su, Casey R. Myers och Krishna K. Sabapathy. Omvandling av Gaussiska tillstånd till icke-Gaussiska tillstånd med hjälp av fotonnummerupplösningsdetektorer. Phys. Rev. A, 100: 052301, november 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Daiqin Su, Casey R. Myers och Krishna K. Sabapathy. Generering av fotoniska icke-Gaussiska tillstånd genom att mäta multimode Gaussiska tillstånd. arXiv förtryck 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 och Akira Furusawa. Generering av optiska Schrödinger-katttillstånd genom generaliserad fotonsubtraktion. Phys. Rev. A, 103: 013710, januari 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 och Akira Furusawa. Gaussisk avel för att koda en qubit i spridande ljus. 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. Mr Mustard. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ilan Tzitrin, J. Eli Bourassa, Nicolas C. Menicucci och Krishna K. Sabapathy. Framsteg mot praktisk qubit-beräkning med hjälp av ungefärliga Gottesman-Kitaev-Preskill-koder. Phys. Rev. A, 101: 032315, mars 2020. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Yuan Yao, Filippo M. Miatto och Nicolás Quesada. Den rekursiva representationen av Gauss kvantmekanik. arXiv preprint arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Citerad av
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz och Xi Chen, "Photonic counterdiabatic quantum optimization algorithm", arXiv: 2307.14853, (2023).
Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2023-08-30 03:00:49). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.
On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2023-08-30 03:00:47).
Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- ChartPrime. Höj ditt handelsspel med ChartPrime. Tillgång här.
- BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
- Källa: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :är
- :inte
- :var
- 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
- Able
- ovan
- SAMMANDRAG
- tillgång
- Konto
- tillsats
- Lägger
- befordran
- framsteg
- Fördel
- anknytningar
- AL
- alex
- Alexander
- algoritm
- algoritmer
- Alla
- tillåter
- an
- Analytisk
- och
- tillämpningar
- tillvägagångssätt
- ungefärlig
- ÄR
- AS
- At
- augusti
- AUGUSTI
- Författaren
- Författarna
- bort
- Förbjuda
- BE
- blir
- varit
- innan
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- klocka
- ben
- Bill
- Block
- boson
- båda
- gräns
- Ha sönder
- Byggnad
- by
- beräkna
- beräkning
- cambridge
- KAN
- Vid
- casey
- KATT
- Centrum
- utmanar
- utmanande
- kemisk
- chen
- chicago
- Christine
- Christopher
- koder
- kommentar
- Commons
- jämförbar
- fullborda
- komplex
- Komplexiteten
- beräkning
- dator
- datorer
- databehandling
- Konvertering
- upphovsrätt
- kunde
- räkna
- Craig
- avgörande
- Cup
- Daniel
- datum
- krav
- Avdelning
- utformade
- detaljerad
- detekterad
- Detektering
- diskutera
- Distributioner
- do
- grund
- e
- E&T
- effekter
- effektiv
- effektivt
- ansträngning
- förbättrad
- fly
- speciellt
- utvärdering
- Även
- befintliga
- experimentell
- exponentiell
- Exponentiell tillväxt
- exponentiellt
- extra
- faktorer
- familj
- SNABB
- Februari
- februari 2020
- fält
- siffror
- Slutligen
- hitta
- Förnamn
- För
- hittade
- från
- full
- fundamentalt
- grindar
- generera
- generering
- gradienter
- diagram
- grafer
- större
- Grupp
- Väx
- Växer
- Tillväxt
- Hamilton
- hårdvara
- Harvard
- Har
- hållare
- Men
- HTTPS
- i
- idealisk
- if
- bild
- genomföras
- in
- ingår
- införlivande
- Öka
- oundvikligen
- ING
- Institute
- institutioner
- intressant
- Internationell
- in
- införa
- inledande
- Israel
- jan
- Januari
- januari 2021
- JavaScript
- John
- jones
- tidskriften
- John
- Juli
- juni
- Knight
- Large
- större
- Efternamn
- inlärning
- Lämna
- Bibliotek
- Licens
- ljus
- tycka om
- linda
- Lista
- liten
- läsa in
- Maskinen
- maskininlärning
- göra
- många
- Mars
- marsch 2020
- Mary
- markera
- material
- max-bredd
- Maj..
- mätning
- mekanik
- Minne
- Metrology
- Michael
- Mode
- lägen
- molekylär
- Månad
- mer
- flytta
- behövs
- nät
- Nya
- Nicolas
- Nej
- November
- antal
- oktober
- of
- Erbjudanden
- oh
- on
- ONE
- ettor
- öppet
- öppen källkod
- operatörer
- optik
- optimering
- Optimera
- optimera
- or
- ursprungliga
- vår
- Överträffa
- sidor
- Papper
- paris
- del
- särskilt
- patrick
- paul
- perfekt
- Peter
- fysisk
- Fysiskt
- Fysik
- svängbara
- Plats
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- Spela
- Punkt
- potentiell
- Praktisk
- exakt
- beredning
- förbereder
- Närvaron
- tryck
- Problem
- processer
- Produktion
- Framsteg
- ge
- publicerade
- utgivare
- förlag
- Qi
- kvadratisk
- Quantum
- kvantfördel
- Kvantdator
- kvantdatorer
- kvantkalkylering
- Kvantmekanik
- Kvantoptik
- qubit
- R
- Rafael
- snarare
- redo
- verkliga världen
- realistisk
- insåg
- Rekursiv
- referenser
- förlita
- resterna
- ersättas
- Rapport
- representation
- Obligatorisk
- forskning
- lösa
- Resurser
- avseende
- översyn
- ROBERT
- Roll
- roy
- s
- Samma
- skalbar
- system
- Vetenskap
- Vetenskap och teknik
- vetenskaplig
- Sök
- September
- tjänar
- visa
- liknande
- Storlek
- Mjukvara
- några
- Utrymme
- speciell
- Ange
- Stater
- Läsa på
- underbilder
- Framgångsrikt
- sådana
- lämplig
- överträffa
- tackla
- Ta
- Tekniken
- Teknologi
- än
- den där
- Smakämnen
- deras
- teoretiska
- Där.
- Dessa
- de
- detta
- tid
- Titel
- till
- topp
- toronto
- mot
- Utbildning
- Dubbelt
- under
- Universell
- universitet
- University of Chicago
- uppdaterad
- URL
- us
- användning
- Begagnade
- med hjälp av
- versioner
- volym
- vill
- var
- we
- VÄL
- när
- som
- med
- utan
- fungerar
- xi
- år
- Yuan
- zephyrnet