Actis: Kesinlikle Yerel Birlik – Bul Kod Çözücü

Actis: Kesinlikle Yerel Birlik – Bul Kod Çözücü

Zaman Damgası: 14 Kasım 2023 6:58

Tim Chan1 ve Simon C. Benjamin1,2

1Malzeme Departmanı, Oxford Üniversitesi, Parks Road, Oxford OX1 3PH, Birleşik Krallık
2Quantum Motion, 9 Sterling Way, Londra N7 9HJ, Birleşik Krallık

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

Hataya dayanıklı kuantum hesaplama, hata düzeltme için gerekli kod çözme işlemini gerçekleştirecek klasik donanım gerektirir. Union–Find kod çözücüsü bunun için en iyi adaylardan biridir. En yakın komşu adımlarla veri yapılarının büyümesini ve birleşmesini içeren dikkate değer derecede organik özelliklere sahiptir; bu doğal olarak en yakın komşu bağlantılarına sahip basit işlemcilerden oluşan bir kafes kullanılarak gerçekleştirilme olasılığını akla getiriyor. Bu şekilde hesaplama yükü ideale yakın paralellik ile dağıtılabilir. Burada ilk kez bu katı (kısmi yerine) yerelliğin pratik olduğunu gösteriyoruz; en kötü durum çalışma zamanı $mathcal O(d^3)$ ve ortalama çalışma zamanı yüzey kodu mesafesi $d$ içinde ikinci dereceden. Daha önce önerilen mimarileri basitleştirebilecek yeni bir eşlik hesaplama şeması kullanıldı ve yaklaşımımız devre seviyesindeki gürültü için optimize edildi. Yerel gerçekleşmemizi, uzun menzilli bağlantılarla zenginleştirilmiş olanla karşılaştırıyoruz; ikincisi elbette daha hızlı olsa da, yerel asenkron mantığın farkı ortadan kaldırabileceğini not ediyoruz.

Actis: Kesinlikle Yerel Bir Birlik – PlatoBlockchain Veri Zekasını Bul Kod Çözücü. Dikey Arama. Ai.

Öne çıkan görsel: Actis'te mesafe-3 yüzey kodu için kontrol cihazı-düğüm iletişimi için kullanılan ağ. Bu ağaç, devre düzeyindeki gürültünün kod çözme grafiğine benzer.

Popüler özet

Kuantum bilgisayarlar çığır açıcı hesaplama gücü sunma potansiyeline sahiptir, ancak yalnızca gürültüden korunmaları durumunda. Bu, hata düzeltme yoluyla yapılır: çok sayıda gürültülü kübiti (hesaplama birimlerini) daha az ama daha mükemmel kübitlerle değiştirmenin bir yolu. Hataların ne zaman oluştuğunu anlamak için kuantum işlemciden ölçümleri izlemenin kritik alt görevine kod çözme adı verilir. Kuantum makinesine ayak uydurabilmek için bunun son derece hızlı bir şekilde yapılması gerekiyor. Burada, mevcut bir kod çözme algoritmasını yerel hale getirecek, yani her biri yalnızca en yakın komşularıyla iletişim kuran aynı işlem hücrelerinden oluşan bir ızgara üzerinde çalıştırılabilir hale getirecek şekilde değiştiriyoruz. Yerelliğin hız, düzen ve sağlamlık açısından çeşitli pratik faydaları vardır. Yerel tasarımımızı test ediyoruz ve çalışma zamanının gerçekten de orijinal algoritmadan daha olumlu davrandığını görüyoruz; daha sonra tasarımımızın mutlak performansını en üst düzeye çıkarmak için 'asenkron' donanımın kullanılmasını öneriyoruz.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] Eric Dennis, Alexei Kitaev, Andrew Landahl ve John Preskill. "Topolojik kuantum hafızası". Journal of Mathematical Physics 43, 4452–4505 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[2] Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis ve Andrew N. Cleland. "Yüzey kodları: Pratik büyük ölçekli kuantum hesaplamaya doğru". Fiziksel İnceleme A 86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] Daniel Litinski. "Bir yüzey kodları oyunu: Kafes ameliyatı ile büyük ölçekli kuantum hesaplama". Kuantum 3, 128 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-03-05-128

[4] Jack Edmonds. “Yollar, ağaçlar ve çiçekler”. Kanada Matematik Dergisi 17, 449–467 (1965).
https: / / doi.org/ 10.4153 / CJM-1965-045-4

[5] Austin G. Fowler, Adam C. Whiteside ve Lloyd CL Hollenberg. "Yüzey kodu için pratik klasik işlemeye doğru". Fiziksel İnceleme Mektupları 108, 180501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.180501

[6] Guillaume Duclos-Cianci ve David Poulin. "Topolojik kuantum kodları için hızlı kod çözücüler". Fiziksel İnceleme Mektupları 104, 050504 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.050504

[7] Guillaume Duclos-Cianci ve David Poulin. "Topolojik kuantum kodları için bir yeniden normalleştirme grubu kod çözme algoritması". 2010 yılında IEEE Bilgi Teorisi Çalıştayı. Sayfa 1-5. (2010).
https://​/​doi.org/​10.1109/​CIG.2010.5592866

[8] James R. Wootton ve Daniel Loss. "Yüzey kodu için yüksek eşik hata düzeltmesi". Fiziksel İnceleme Mektupları 109, 160503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.160503

[9] Ben Criger ve Imran Ashraf. "2D topolojik kodların kodunu çözmek için çok yollu toplama". Kuantum 2, 102 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-10-19-102

[10] Oscar Higgott, Thomas C. Bohdanowicz, Aleksander Kubica, Steven T. Flammia ve Earl T. Campbell. “Devre gürültüsünün ve özel yüzey kodlarının kırılgan sınırlarının iyileştirilmiş kod çözümü”. Fiziksel İnceleme X 13, 031007 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.031007

[11] Oscar Higgott ve Nikolas P. Breuckmann. "Yüksek boyutlu hipergraf ürün kodlarının geliştirilmiş tek seferde kod çözmesi". PRX Kuantum 4, 020332 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.020332

[12] Kao-Yueh Kuo ve Ching-Yi Lai. “Kuantum kodlarının inanç yayılımı kodunun çözülmesinde yozlaşmadan yararlanmak”. npj Quantum Information 8, 111 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00623-2

[13] Milap Sheth, Sara Zafar Jafarzadeh ve Vlad Gheorghiu. "Topolojik kuantum hata düzeltme kodları için sinir topluluğu kod çözme". Fiziksel İnceleme A 101, 032338 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032338

[14] Ramon WJ Overwater, Masoud Babaie ve Fabio Sebastiano. "Yüzey kodlarını kullanarak kuantum hata düzeltmesi için sinir ağı kod çözücüleri: Donanım maliyet-performans ödünleşimlerinin uzay keşfi". Kuantum Mühendisliğinde IEEE İşlemleri 3, 1–19 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2022.3174017

[15] Nicolas Delfosse. “Kuantum hesaplama için donanım gereksinimlerini azaltmak için hiyerarşik kod çözme” (2020). arXiv:2001.11427.
arXiv: 2001.11427

[16] Kai Meinerz, Chae-Yeun Park ve Simon Trebst. "Topolojik yüzey kodları için ölçeklenebilir sinirsel kod çözücü". Fiziksel İnceleme Mektupları 128, 080505 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.080505

[17] Gokul Subramanian Ravi, Jonathan M. Baker, Arash Fayyazi, Sophia Fuhui Lin, Ali Javadi-Abhari, Massoud Pedram ve Frederic T. Chong. “Kuantum hata düzeltmesi için en kötü durum kod çözme işleminden daha iyi”. 28. ACM Uluslararası Programlama Dilleri ve İşletim Sistemleri için Mimari Destek Konferansı Bildirileri Kitabı, Cilt 2. Sayfa 88–102. New York, NY, ABD (2023). Bilgisayar Makineleri Derneği.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3575693.3575733

[18] Samuel C. Smith, Benjamin J. Brown ve Stephen D. Bartlett. “Kuantum hata düzeltmenin bant genişliğini ve gecikmesini azaltmak için yerel ön kod çözücü”. Fiziksel İnceleme Başvurusu 19, 034050 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.19.034050

[19] Nicolas Delfosse ve Gilles Zémor. "Kuantum silme kanalı üzerinden yüzey kodlarının doğrusal zamanlı maksimum olasılık kod çözme". Fiziksel İnceleme Araştırması 2, 033042 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033042

[20] Nicolas Delfosse ve Naomi H. Nickerson. "Topolojik kodlar için neredeyse doğrusal zamanlı kod çözme algoritması". Kuantum 5, 595 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[21] Namitha Liyanage, Yue Wu, Alexander Deters ve Lin Zhong. “FPGA kullanılarak yüzey kodları için ölçeklenebilir kuantum hata düzeltmesi” (2023). arXiv:2301.08419.
arXiv: 2301.08419

[22] Alexei Yu Kitaev. "Herkes tarafından hataya dayanıklı kuantum hesaplama". Annals of Physics 303, 2–30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[23] Tim Chan (2023). kod: timchan0/​localuf.
https://​/​github.com/​timchan0/​localuf

[24] Tim Chan. “`Actis: Kesinlikle Yerel Birlik – Kod Çözücüyü Bul” Verileri' (2023).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.10075207

[25] Michael A. Nielsen ve Isaac L. Chuang. "Kuantum hesaplama ve kuantum bilgisi: 10. yıl dönümü baskısı". Cambridge Üniversitesi Yayınları. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[26] Xinyu Tan, Fang Zhang, Rui Chao, Yaoyun Shi ve Jianxin Chen. “Zamanda paralelleştirmeye sahip ölçeklenebilir yüzey kodu kod çözücüleri” (2022). arXiv:2209.09219.
arXiv: 2209.09219

[27] Luka Skoric, Dan E. Browne, Kenton M. Barnes, Neil I. Gillespie ve Earl T. Campbell. “Paralel pencere kod çözme, ölçeklenebilir, hataya dayanıklı kuantum hesaplamayı mümkün kılar”. Nature Communications 14, 7040 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-42482-1

[28] Shui Hu. "Yüksek hata eşiğine sahip topolojik kodlar için yarı doğrusal zamanlı kod çözme algoritması". Yüksek lisans tezi. Delft Teknoloji Üniversitesi. (2020).
https://​/​doi.org/​10.13140/​RG.2.2.13495.96162

[29] Oscar Higgott. “PyMatching: Minimum ağırlıkta mükemmel eşleşmeyle kuantum kodlarının kodunu çözmek için bir Python paketi”. Kuantum Hesaplamada ACM İşlemleri 3, 1–16 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[30] Yue Wu, Namitha Liyanage ve Lin Zhong. “Union-Find kod çözücünün ağırlıklı grafiklerde yorumlanması” (2022). arXiv:2211.03288.
arXiv: 2211.03288

[31] Robert Endre Tarjan. "İyi fakat doğrusal olmayan küme birleştirme algoritmasının etkinliği". ACM Dergisi 22, 215–225 (1975).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 321879.321884

[32] Shilin Huang, Michael Newman ve Kenneth R. Brown. "Torik kodunda hataya dayanıklı ağırlıklı birleşim bulma kod çözme". Fiziksel İnceleme A 102, 012419 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012419

[33] LMK Vandersypen, H. Bluhm, JS Clarke, AS Dzurak, R. Ishihara, A. Morello, DJ Reilly, LR Schreiber ve M. Veldhorst. “Kuantum noktalarında ve donörlerde spin kübitlerin arayüzlenmesi – sıcak, yoğun ve tutarlı”. npj Quantum Information 3, 34 (2017).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-il

[34] Andrew Richards. “Oxford Üniversitesi İleri Araştırma Bilgisayarı”. (2015).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.22558

[35] Sam J. Griffiths ve Dan E. Browne. “Birleşim-bulma olmadan kuantum kod çözmeyi bul” (2023). arXiv:2306.09767.
arXiv: 2306.09767

[36] Ben Barber, Kenton M. Barnes, Tomasz Bialas, Okan Buğdaycı, Earl T. Campbell, Neil I. Gillespie, Kauser Johar, Ram Rajan, Adam W. Richardson, Luka Skoric, Canberk Topal, Mark L. Turner ve Abbas B. Ziad. “Kuantum bilgisayar için gerçek zamanlı, ölçeklenebilir, hızlı ve kaynak açısından verimli bir kod çözücü” (2023). arXiv:2309.05558.
arXiv: 2309.05558

[37] David S. Wang, Austin G. Fowler ve Lloyd CL Hollenberg. “%1'in üzerinde hata oranlarına sahip yüzey kodu kuantum hesaplaması”. Fiziksel İnceleme A 83, 020302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.020302

[38] Emanuel Knill. "Gerçekçi gürültülü cihazlarla kuantum hesaplama". Doğa 434, 39–44 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature03350

[39] Oscar Higgott ve Craig Gidney. “Sparse Blossom: minimum ağırlık eşleştirmeyle çekirdek saniyede bir milyon hatayı düzeltmek” (2023). arXiv:2303.15933.
arXiv: 2303.15933

[40] Austin G. Fowler, Adam C. Whiteside ve Lloyd CL Hollenberg. "Yüzey kodu için pratik klasik işleme doğru: Zamanlama analizi". Fiziksel İnceleme A 86, 042313 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.042313

[41] Yue Wu ve Lin Zhong. “Fusion Blossom: QEC için hızlı MWPM kod çözücüleri” (2023). arXiv:2305.08307.
arXiv: 2305.08307

Alıntılama

[1] Sam J. Griffiths ve Dan E. Browne, “Birlik bulma olmadan Birlik bulma kuantum kod çözme”, arXiv: 2306.09767, (2023).

[2] Asmae Benhemou, Kaavya Sahay, Lingling Lao ve Benjamin J. Brown, "Bir renk kodu kod çözücü kullanarak yüzey kodu hatalarını en aza indirme", arXiv: 2306.16476, (2023).

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2023-11-14 13:28:32) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2023-11-14 13:28:31: Crossref'ten 10.22331 / q-2023-11-14-1183 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.

Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.

Zaman Damgası:

Den fazla Kuantum Günlüğü