บทคัดย่อ: การวิเคราะห์วงจรควอนตัมผ่านการจำลองโคลงเชิงนามธรรม

บทคัดย่อ: การวิเคราะห์วงจรควอนตัมผ่านการจำลองโคลงเชิงนามธรรม

เบนจามิน บิชเซล, อานุค ปาราดิส, แม็กซิมิเลียน บาเดอร์ และมาร์ติน เวเชฟ

ETH ซูริกสวิตเซอร์แลนด์

พบบทความนี้ที่น่าสนใจหรือต้องการหารือ? Scite หรือแสดงความคิดเห็นใน SciRate.

นามธรรม

การจำลองตัวทำให้เสถียรสามารถจำลองวงจรควอนตัมประเภทสำคัญซึ่งประกอบด้วยเกตคลิฟฟอร์ดโดยเฉพาะได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ส่วนขยายที่มีอยู่ทั้งหมดของการจำลองนี้ไปยังวงจรควอนตัมตามอำเภอใจ รวมถึงเกตที่ไม่ใช่คลิฟฟอร์ด ต้องทนทุกข์ทรมานจากรันไทม์แบบเอกซ์โปเนนเชียล
เพื่อจัดการกับความท้าทายนี้ เรานำเสนอแนวทางใหม่สำหรับการจำลองโคลงที่มีประสิทธิภาพบนวงจรควอนตัมโดยพลการ โดยสูญเสียความแม่นยำไป แนวคิดหลักของเราคือการบีบอัดผลรวมเอ็กซ์โปเนนเชียลที่เป็นตัวแทนสถานะควอนตัมให้เป็นผลรวม $abstract$ เดียวที่ครอบคลุม (อย่างน้อย) ผลรวมที่เกิดขึ้นทั้งหมด ซึ่งช่วยให้เราสามารถแนะนำ $textit{abstract Stabilizer Simulator}$ ที่จัดการผลรวมเชิงนามธรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดย $over-approximating$ ผลกระทบของการทำงานของวงจร รวมถึง Clifford gate, non-Clifford gate และการวัด (ภายใน)
เราใช้โปรแกรมจำลองนามธรรมของเราในเครื่องมือที่เรียกว่า Abstraqt และทดลองสาธิตว่า Abstraqt สามารถสร้างคุณสมบัติของวงจรที่ยากสำหรับเทคนิคที่มีอยู่

► ข้อมูล BibTeX

► ข้อมูลอ้างอิง

[1] แดเนียล ก็อตเตสแมน. “การเป็นตัวแทนของไฮเซนเบิร์กของคอมพิวเตอร์ควอนตัม” รายงานทางเทคนิค arXiv:quant-ph/​9807006 อาร์เอ็กซ์ (1998)
https://doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv:ปริมาณ-ph/9807006

[2] สก็อตต์ อารอนสัน และแดเนียล ก็อทเทสแมน “ปรับปรุงการจำลองวงจรโคลง” การทบทวนทางกายภาพ A 70, 052328 (2004)
https://doi.org/10.1103/​PhysRevA.70.052328

[3] โรเบิร์ต แรนด์, อาร์ธี ซุนดาราม, การ์ติก ซิงฮาล และแบรด แลคกี้ “ขยายประเภท gottesman ไปไกลกว่ากลุ่มคลิฟฟอร์ด” ในการประชุมเชิงปฏิบัติการระดับนานาชาติครั้งที่สองเกี่ยวกับภาษาการเขียนโปรแกรมสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัม (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] อเล็คส์ คิสซิงเจอร์ และจอห์น ฟาน เดอ เวเทอริง “การจำลองวงจรควอนตัมด้วยแคลคูลัส ZX ช่วยลดการสลายตัวของสเตบิไลเซอร์” วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัม 7, 044001 (2022)
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] เซอร์เกย์ บราวี, แดน บราวน์, ปาดราอิก คาลพิน, เอิร์ล แคมป์เบลล์, เดวิด กอสเซ็ต และมาร์ค ฮาวเวิร์ด “การจำลองวงจรควอนตัมโดยการสลายตัวของสเตบิไลเซอร์ระดับต่ำ” ควอนตัม 3, 181 (2019)
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] ฮาคอป ปาชายัน, โอลิเวอร์ เรียดดอน-สมิธ, คามิล คอร์เซกวา และสตีเฟน ดี. บาร์ตเลตต์ “การประมาณค่าความน่าจะเป็นผลลัพธ์ของวงจรควอนตัมอย่างรวดเร็ว” PRX ควอนตัม 3, 020361 (2022)
https://doi.org/10.1103/​PRXQuantum.3.020361

[7] “การจำลองแบบคลาสสิกของวงจรควอนตัมพร้อมการสลายตัวของตัวทำให้เสถียรบางส่วนและแบบกราฟิก” ชลอส ดากสตูห์ล – ไลบ์นิซ-เซนทรัม ฟูร์ อินฟอร์มาติก (2022)
https://​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] แพทริค คูซอต และ ราเดีย คูซอต “การตีความเชิงนามธรรม: แบบจำลองแลตทิซแบบรวมสำหรับการวิเคราะห์แบบคงที่ของโปรแกรมโดยการสร้างหรือการประมาณค่าจุดตรึง” ในการประชุมสัมมนา ACM SIGACT-SIGPLAN ครั้งที่ 4 เรื่องหลักการของภาษาการเขียนโปรแกรม หน้า 238–252. POPL '77 นิวยอร์ก, นิวยอร์ก, สหรัฐอเมริกา (1977) พลอากาศเอก.
https://doi.org/10.1145/​512950.512973

[9] แพทริค คูซอต และ ราเดีย คูซอต “กรอบการตีความเชิงนามธรรม”. วารสารตรรกะและการคำนวณ 2, 511–547 (1992)
https://​/​doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

[10] บรูโน บลังเชต์, แพทริค คูโซต์, ราเดีย กูโซต์, เจอโรม เฟเรต์, โลรองต์ โมบอร์กน์, อองตวน มิเน, เดวิด มอนเนียซ์ และซาเวียร์ ไรวัล “เครื่องวิเคราะห์แบบคงที่สำหรับซอฟต์แวร์ขนาดใหญ่ที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย” ประกาศ ACM SIGPLAN 38, 196–207 (2003)
https://doi.org/10.1145/​780822.781153

[11] ฟรานเชสโก โลโกซโซ และ มานูเอล ฟาห์นดริช “เพนตากอน: โดเมนนามธรรมเชิงสัมพันธ์ระดับอ่อนสำหรับการตรวจสอบการเข้าถึงอาเรย์อย่างมีประสิทธิภาพ” วิทยาศาสตร์การเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ 75, 796–807 (2010)
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.scico.2009.04.004

[12] ทิมอน เกห์ร, แมทธิว เมียร์แมน, ดาน่า ดรัคสเลอร์-โคเฮน, เปตาร์ ซันคอฟ, สวารัต เชาดูรี และมาร์ติน เวเชฟ “AI2: การรับรองความปลอดภัยและความคงทนของโครงข่ายประสาทเทียมพร้อมการตีความเชิงนามธรรม” ในปี 2018 IEEE Symposium ว่าด้วยความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัว (SP) หน้า 3–18. ซานฟรานซิสโก แคลิฟอร์เนีย (2018) อีอีอี
https://​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen และ Isaac L. Chuang “การคำนวณควอนตัมและข้อมูลควอนตัม: ฉบับครบรอบ 10 ปี” สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. (2010).
https://doi.org/10.1017/​CBO9780511976667

[14] กาดี้ อเล็กซานโดรวิซ, โธมัส อเล็กซานเดอร์, พานาจิโอติส บาร์คูตซอส, ลูเซียโน เบลโล่, ยาเอล เบน-ฮาอิม, เดวิด บูเชอร์, ฟรานซิสโก โฮเซ่ กาเบรรา-เอร์นันเดซ, ฮอร์เก้ การ์บาลโล-ฟรังกีส, อาเดรียน เฉิน, ชุน-ฟู เฉิน, เจอร์รี่ เอ็ม. โชว, อันโตนิโอ ดี. กอร์โกเลส-กอนซาเลส ,อบิเกล เจ. ครอส,แอนดรูว์ ครอส,ฮวน ครูซ-เบนิโต, คริส คัลเวอร์, ซัลวาดอร์ เด ลา ปูเอนเต กอนซาเลซ, เอ็นริเก้ เด ลา ตอร์เร, เดลตัน ดิง, ยูจีน ดูมิเทรสคู, อีวาน ดูรัน, ปีเตอร์ เอเอนเดบัค, มาร์ค เอเวอริตต์, อิสมาเอล ฟาโร เซอร์เทจ, อัลเบิร์ต ฟริช, อันเดรียส ฟูเรอร์, เจย์ กัมเบตต้า, บอร์ฆา โกดอย กาโก้, ฮวน โกเมซ-มอสเกรา, ดอนนี่ กรีนเบิร์ก, อิคโก ฮามามูระ, โวจเทค ฮาฟลิเซค, โจ เฮลล์เมอร์ส, ลูคัสซ์ เฮร็อก, ฮิโรชิ โฮริอิ, เชาฮาน ฮู, ทาคาชิ อิมามิจิ, โทชินาริ อิโตโกะ, อาลี จาวาดี-อับฮาริ, นาโอกิ คานาซาว่า แอนตัน คาราซีเยฟ, เควิน ครูซูลิช, เผิง หลิว, หยาง ลู่ห์, ยุนโฮ เหมง, มาโนเอล มาร์เกส, ฟรานซิสโก โฮเซ่ มาร์ติน-เฟอร์นันเดซ, ดักลาส ที. แมคคลูร์, เดวิด แม็คเคย์, สรูยัน มีซาลา, อันโตนิโอ เมซซากาโป, นิโคไล มอล, ดิเอโก โมเรดา โรดริเกซ, จาโคโม นันนิซินี่, พอล เนชั่น ,พอลลีน โอลลิโทรต์,ลี เจมส์ โอริออร์ดาน,ฮานฮี ไพค์,เฆซุส เปเรซ,แอนนา ฟาน,มาร์โก ปิสโตเอีย,วิคเตอร์ พรูทยานอฟ,แม็กซ์ รอยเตอร์,จูเลีย ไรซ์,อับดอน โรดริเกซ ดาวีลา,เรย์มอนด์ แฮร์รี่ ปุตรา รูดี้,มินกิ ริว,นินาด ซาเธเย,คริส ชนาเบล,เอ็ดดี้ ชูเต้, คานาฟ เซเตีย, ยูนง ชิ, อเดนิลตัน ซิลวา, ยูกิโอะ ซิไรชิ, เซยอน ซิวาราจาห์, จอห์น เอ. สโมลิน, มาเธียส โซเคน, ฮิโตมิ ทากาฮาชิ, อิวาโน ทาเวอร์เนลลี, ชาร์ลส์ เทย์เลอร์, พีท เทย์เลอร์, เคนโซ แทรบิง, แมทธิว เทรนิช, เวส เทิร์นเนอร์, เดซิรี วอกต์-ลี , คริสตอฟ วูยลอต, โจนาธาน เอ. ไวลด์สตรอม, เจสสิก้า วิลสัน, เอริก วินสตัน, คริสโตเฟอร์ วูด, สตีเฟน วูด, สเตฟาน เวอร์เนอร์, อิสมาอิล ยูนุส อคัลวายา และคริสตา ซูฟัล “Qiskit: เฟรมเวิร์กโอเพ่นซอร์สสำหรับการคำนวณควอนตัม” (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 Peter ลูกชาย ปิแอร์ เฌราร์ด-มาร์แชงต์ เควิน เชปพาร์ด ไทเลอร์ เรดดี วอร์เรน เวคเซสเซอร์ ฮาเมียร์ อับบาซี คริสตอฟ โกห์ลเก และทราวิส อี. โอลิแฟนต์ "การเขียนโปรแกรม Array ด้วย NumPy" ธรรมชาติ 585, 357–362 (2020)
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] ซิ่ว กวาน ลัม, อองตวน ปิโตร และสแตนลีย์ ไซเบิร์ต “Numba: คอมไพเลอร์ Python JIT ที่ใช้ LLVM” ในการดำเนินการของเวิร์กช็อปครั้งที่สองเกี่ยวกับโครงสร้างพื้นฐานคอมไพเลอร์ LLVM ใน HPC หน้า 1–6. LLVM '15นิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา (2015) สมาคมเครื่องจักรคอมพิวเตอร์
https://doi.org/10.1145/​2833157.2833162

[17] เครก กิดนีย์. “Stim: โปรแกรมจำลองวงจรโคลงเร็ว” ควอนตัม 5, 497 (2021)
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] เฮนรี เอส. วอร์เรน. “ความสุขของแฮ็กเกอร์” แอดดิสัน-เวสลีย์ มืออาชีพ (2012) ฉบับที่ 2.
https://doi.org/10.5555/​2462741

[19] อเล็คส์ คิสซิงเจอร์ และจอห์น ฟาน เดอ เวเทอริง “PyZX: การใช้เหตุผลเชิงไดอะแกรมอัตโนมัติขนาดใหญ่” ใน Bob Coecke และ Matthew Leifer บรรณาธิการ การประชุมนานาชาติ Proceedings 16th International Conference on Quantum Physics and Logic, Chapman University, Orange, CA, USA., 10-14 มิถุนายน 2019 เล่มที่ 318 ของ Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science, หน้า 229–241 สมาคมสำนักพิมพ์เปิด (2020)
https://doi.org/10.4204/​EPTCS.318.14

[20] แมทธิว เอมี่. “สู่การตรวจสอบฟังก์ชันขนาดใหญ่ของวงจรควอนตัมสากล” การดำเนินการทางอิเล็กทรอนิกส์ในวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี 287, 1–21 (2019)
https://doi.org/10.4204/​EPTCS.287.1

[21] เน็งคุน หยู และเจนส์ พัลส์เบิร์ก “การตีความนามธรรมควอนตัม” ในการดำเนินการของการประชุมนานาชาติ ACM SIGPLAN ครั้งที่ 42 เกี่ยวกับการออกแบบและการใช้งานภาษาการเขียนโปรแกรม หน้า 542–558. PLDI 2021นิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก สหรัฐอเมริกา (2021) สมาคมเครื่องจักรคอมพิวเตอร์
https://doi.org/10.1145/​3453483.3454061

[22] อองตวน มิเน่. “โดเมนนามธรรมเชิงตัวเลขเชิงสัมพันธ์ที่อ่อนแอ” วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก (2004). url: https://​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] ไซมอน เพอร์ดริกซ์. “การวิเคราะห์ควอนตัมพัวพันตามการตีความเชิงนามธรรม” ในการประชุมวิชาการระดับนานาชาติเรื่องการวิเคราะห์แบบคงที่ครั้งที่ 15 หน้า 270–282. SAS '08เบอร์ลิน, ไฮเดลเบิร์ก (2008) สปริงเกอร์-แวร์แลก
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] เคนทาโร่ ฮอนด้า. “การวิเคราะห์การพัวพันของควอนตัมในโปรแกรมควอนตัมโดยใช้สเตบิไลเซอร์ฟอร์มาลิซึม” การดำเนินการทางอิเล็กทรอนิกส์ในวิทยาการคอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎี 195 (2015)
https://doi.org/10.4204/​EPTCS.195.19

[25] Kesha Hietala, Robert Rand, Shih-Han Hung, Liyi Li และ Michael Hicks “การพิสูจน์โปรแกรมควอนตัมถูกต้อง” Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 193, 21:1–21:19 (2021)
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ITP.2021.21

[26] คริสตอฟ ชาเรตอน, เซบาสเตียน บาร์แดง, ฟร็องซัว โบบอต, วาเลนแตง แปร์เรลล์ และเบอนัวต์ วาลิรอน “กรอบการตรวจสอบแบบนิรนัยอัตโนมัติสำหรับโปรแกรมควอนตัมการสร้างวงจร” ในภาษาการเขียนโปรแกรมและระบบ หน้า 148–177. สำนักพิมพ์นานาชาติสปริงเกอร์ (2021)
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] หมิงเฉิง หยิง เซิงกัง หยิง และเสี่ยวตี้ วู “ค่าคงที่ของโปรแกรมควอนตัม: ลักษณะเฉพาะและการสร้าง” ซิกแพลน ไม่ใช่ 52, 818–832 (2017)
https://doi.org/10.1145/​3093333.3009840

อ้างโดย

ไม่สามารถดึงข้อมูล Crossref อ้างโดย data ระหว่างความพยายามครั้งสุดท้าย 2023-11-20 15:19:03 น.: ไม่สามารถดึงข้อมูลที่อ้างถึงสำหรับ 10.22331 / q-2023-11-20-1185 ​​จาก Crossref นี่เป็นเรื่องปกติหาก DOI ได้รับการจดทะเบียนเมื่อเร็วๆ นี้ บน อบต./นาซ่าโฆษณา ไม่พบข้อมูลอ้างอิงงาน (ความพยายามครั้งสุดท้าย 2023-11-20 15:19:04)

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก วารสารควอนตัม

คำตอบที่มีประสิทธิภาพของสมการชโรดิงเงอร์ที่ไม่ขึ้นกับเวลาแบบรวมกันบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีศักยภาพในการดูดซับที่ซับซ้อน

โหนดต้นทาง: 1962543
ประทับเวลา: เมษายน 8, 2024