Yerel olarak dolaşmış ölçümlere dayalı klasik gölgeler

Yerel olarak dolaşmış ölçümlere dayalı klasik gölgeler

Zaman Damgası: 21 Mart 2024 6:16

Matteo Ippoliti

Fizik Bölümü, Austin Texas Üniversitesi, Austin, TX 78712, ABD
Fizik Bölümü, Stanford Üniversitesi, Stanford, CA 94305, ABD

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

Özet

Rastgele Pauli ölçüm protokolünü ($n = 1$) genelleştirerek, $n$-qubit dolaşmış bazlarda rastgele ölçümlere dayalı klasik gölge protokolleri üzerinde çalışıyoruz. Dolanık ölçümlerin ($ngeq 2$), Pauli beklenti değerlerinin öğrenilmesine ilişkin örnek karmaşıklığında önemsiz ve potansiyel olarak avantajlı değiş tokuşlara olanak sağladığını gösterdik. Bu, iki kubitlik Bell ölçümlerine dayanan gölgelerle keskin bir şekilde gösterilmektedir: Örnek karmaşıklığının Pauli ağırlığı $k$ ile ölçeklendirilmesi birçok kişi için ikinci dereceden olarak iyileşir ($sim 3^k$'dan $sim 3^{k/2}$'a kadar). operatörler, diğerlerinin öğrenilmesi imkansız hale gelir. Ölçüm tabanlarındaki dolaşıklık miktarının ayarlanması, Pauli ve Bell gölgeleri arasında enterpolasyon yapan ve her ikisinin de faydalarından bazılarını koruyan bir protokol ailesini tanımlar. Büyük $n$ için, $n$-qubit GHZ tabanlarındaki rastgele ölçümlerin, gittikçe kısıtlanan operatör kümesinde de olsa, $sim (3/2)^k$'ye en iyi ölçeklendirmeyi daha da iyileştirdiğini gösteriyoruz. Basitliklerine ve daha düşük donanım gereksinimlerine rağmen bu protokoller, pratik olarak ilgili bazı Pauli tahmin görevlerinde yakın zamanda tanıtılan "sığ gölgeler" ile eşleşebilir veya onlardan daha iyi performans gösterebilir.

Yerel olarak dolaşık ölçümlere dayanan klasik gölgeler PlatoBlockchain Veri Zekası. Dikey Arama. Ai.

Öne çıkan görsel: Sol: yerel olarak dolaşmış ölçümleri uygulayan bir devre. Sağda: bir kübit dizisinin dolaşmış çiftlere bölünmesi, bazı operatörlerin (yeşil) beklenti değerini öğrenmeyi kolaylaştırırken diğerlerinin (kırmızı) öğrenmesini kolaylaştırır.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng ve John Preskill. "Bir kuantum sisteminin birçok özelliğini çok az ölçümden tahmin etmek". Doğa Fiziği 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 ve Peter Zoller. “Rastgele ölçüm araç kutusu”. Nature Reviews Physics 5, 9–24 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-022-00535-2

[3] Charles Hadfield, Sergey Bravyi, Rudy Raymond ve Antonio Mezzacapo. “Yerel Önyargılı Klasik Gölgelerle Kuantum Hamiltoniyenlerin Ölçümleri” (2020). arXiv:2006.15788.
arXiv: 2006.15788

[4] Senrui Chen, Wenjun Yu, Pei Zeng ve Steven T. Flammia. “Sağlam Gölge Tahmini”. PRX Kuantum 2, 030348 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030348

[5] Atithi Acharya, Siddhartha Saha ve Anirvan M. Sengupta. “Bilgisel olarak eksiksiz pozitif operatör değerli ölçüme dayanan gölge tomografisi”. Fiziksel İnceleme A 104, 052418 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.052418

[6] GI Struchalin, Ya. A. Zagorovskii, EV Kovlakov, SS Straupe ve SP Kulik. “Klasik Gölgelerden Kuantum Durum Özelliklerinin Deneysel Tahmini”. PRX Kuantum 2, 010307 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010307

[7] Ryan Levy, Di Luo ve Bryan K. Clark. "Yakın vadeli kuantum bilgisayarlarda kuantum süreç tomografisi için klasik gölgeler". Fiziksel İnceleme Araştırması 6, 013029 (2024).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.6.013029

[8] Jonathan Kunjummen, Minh C. Tran, Daniel Carney ve Jacob M. Taylor. “Kuantum kanallarının gölge süreci tomografisi”. Fiziksel İnceleme A 107, 042403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.107.042403

[9] Hsin-Yuan Huang. “Kuantum durumlarını klasik gölgelerinden öğrenmek”. Nature Reviews Physics 4, 81–81 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00411-5

[10] Kianna Wan, William J. Huggins, Joonho Lee ve Ryan Babbush. “Fermiyonik Kuantum Simülasyonu için Matchgate Gölgeleri”. Matematiksel Fizikte İletişim 404, 629–700 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s00220-023-04844-0

[11] Kaifeng Bu, Dax Enshan Koh, Roy J. Garcia ve Arthur Jaffe. "Pauli'ye göre değişmeyen üniter topluluklara sahip klasik gölgeler". npj Quantum Information 10, 1–7 (2024).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00801-w

[12] H. Chau Nguyen, Jan Lennart Bonsel, Jonathan Steinberg ve Otfried Guhne. “Genelleştirilmiş Ölçümlerle Gölge Tomografisinin Optimize Edilmesi”. Fiziksel İnceleme Mektupları 129, 220502 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.220502

[13] Dax Enshan Koh ve Sabee Grewal. “Gürültülü Klasik Gölgeler”. Kuantum 6, 776 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-16-776

[14] Daniel Grier, Hakop Pashayan ve Luke Schaeffer. “Saf durumlar için örnek optimal klasik gölgeler” (2022). arXiv:2211.11810.
arXiv: 2211.11810

[15] Simon Becker, Nilanjana Datta, Ludovico Lami ve Cambyse Rouze. “Sürekli değişken kuantum sistemleri için klasik gölge tomografisi” (2022). arXiv:2211.07578.
arXiv: 2211.07578

[16] Alireza Seif, Ze-Pei Cian, Sisi Zhou, Senrui Chen ve Liang Jiang. “Gölge Damıtma: Yakın Vadeli Kuantum İşlemciler için Klasik Gölgelerle Kuantum Hatasının Azaltılması”. PRX Kuantum 4, 010303 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010303

[17] Katherine Van Kirk, Jordan Cotler, Hsin-Yuan Huang ve Mikhail D. Lukin. “Kuantum çoklu cisim durumlarının donanım açısından verimli öğrenilmesi” (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 ve diğerleri. “Programlanabilir bir süper iletken işlemci kullanarak kuantum üstünlüğü”. Doğa 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 ve diğerleri. “Kuantum Simülatörleri: Mimariler ve Fırsatlar”. PRX Kuantum 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 ve diğerleri. "256 atomlu programlanabilir kuantum simülatöründe maddenin kuantum evreleri". Doğa 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 ve diğerleri. "Kuantum devrelerinde bilgi karmaşası". Bilim 374, 1479–1483 (2021).
https:/​/​doi.org/10.1126/​science.abg5029

[22] Tiff Brydges, Andreas Elben, Petar Jurcevic, Benoit Vermersch, Christine Maier, Ben P. Lanyon, Peter Zoller, Rainer Blatt ve diğerleri. "Rastgele ölçümler yoluyla Renyi dolaşma entropisinin araştırılması". Bilim 364, 260–263 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.aau4963

[23] A. Elben, B. Vermersch, CF Roos ve P. Zoller. "Yerel olarak rastgele ölçümler arasındaki istatistiksel korelasyonlar: Çok cisimli kuantum durumlarında dolaşıklığı araştırmak için bir araç kutusu". Fizik. Rev. A 99, 052323 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.052323

[24] Ahmed A. Akhtar, Hong-Ye Hu ve Yi-Zhuang You. “Tensör Ağlarıyla Ölçeklenebilir ve Esnek Klasik Gölge Tomografisi”. Kuantum 7, 1026 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-06-01-1026

[25] Christian Bertoni, Jonas Haferkamp, ​​Marcel Hinsche, Marios Ioannou, Jens Eisert ve Hakop Pashayan. “Sığ gölgeler: Düşük derinlikli rastgele Clifford devreleri kullanılarak beklenti tahmini” (2022). arXiv:2209.12924.
arXiv: 2209.12924

[26] Mirko Arienzo, Markus Heinrich, Ingo Roth ve Martin Kliesch. "Tuğla devreleriyle gölge tahmini için kapalı form analitik ifadeler". Kuantum Bilgisi ve Hesaplama 23, 961 (2023).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC23.11-12-5

[27] Matteo Ippoliti, Yaodong Li, Tibor Rakovszky ve Vedika Khemani. “Operatörün Rahatlaması ve Klasik Gölgelerin Optimum Derinliği”. Fiziksel İnceleme Mektupları 130, 230403 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.130.230403

[28] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng ve John Preskill. "Pauli Gözlemlenebilirlerinin Rastgelelikten Arındırılarak Etkin Tahmini". Fiziksel İnceleme Mektupları 127, 030503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.030503

[29] Jutho Haegeman, David Perez-Garcia, Ignacio Cirac ve Norbert Schuch. “Tek Boyutta Simetri Korumalı Fazlar İçin Sıra Parametresi”. Fiziksel İnceleme Mektupları 109, 050402 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.050402

[30] H. Bombin. “Topolojik Kuantum Kodlarına Giriş” (2013). arXiv:1311.0277.
arXiv: 1311.0277

[31] DJ Thouless. "Katı 3He ve Heisenberg Hamiltonyeninde Değişim". Fizik Derneği Bildirileri 86, 893 (1965).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​0370-1328/​86/​5/​301

[32] Alexander Altland ve Ben D. Simons. “Yoğun Madde Alan Teorisi”. Cambridge Üniversitesi Yayınları. Cambridge'de (2010). 2. Baskı.
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511789984

[33] Debanjan Chowdhury, Suvrat Raju, Subir Sachdev, Ajay Singh ve Philipp Strack. "Konformal alan teorilerinin çok noktalı bağıntılayıcıları: Kuantum kritik taşınım için çıkarımlar". Fiziksel İnceleme B 87, 085138 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.87.085138

[34] I. Kukuljan, S. Sotiriadis ve G. Takacs. "Denge içinde ve dışında kuantum sinüs-gordon modelinin korelasyon fonksiyonları". Fizik. Rahip Lett. 121, 110402 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.110402

[35] Fabian B. Kugler, Seung-Sup B. Lee ve Jan von Delft. “Çok noktalı korelasyon fonksiyonları: Spektral gösterim ve sayısal değerlendirme”. Fizik. Rev. X 11, 041006 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.041006

[36] Hong-Ye Hu, Soonwon Choi ve Yi-Zhuang You. "Yerel olarak karıştırılmış kuantum dinamikleri ile klasik gölge tomografisi". Fiziksel İnceleme Araştırması 5, 023027 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.5.023027

[37] Yi-Zhuang You ve Yingfei Gu. "Rastgele Hamilton dinamiğinin dolaşma özellikleri". Fiziksel İnceleme B 98, 014309 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.98.014309

[38] Wei-Ting Kuo, AA Akhtar, Daniel P. Arovas ve Yi-Zhuang You. “Yerel Olarak Karıştırılmış Kuantum Evrimi Altında Markov Dolaşma Dinamikleri”. Fiziksel İnceleme B 101, 224202 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.101.224202

[39] Matteo Ippoliti ve Vedika Khemani. “Kulak misafirinin klasik gölgeleri aracılığıyla izlenen kuantum dinamiklerinde öğrenilebilirlik geçişleri” (2023). arXiv:2307.15011.
arXiv: 2307.15011

[40] Peter Shor ve Raymond Laflamme. “Klasik Kodlama Teorisi için MacWilliams Kimliklerinin Kuantum Analogu”. Fiziksel İnceleme Mektupları 78, 1600–1602 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.78.1600

[41] ChunJun Cao, Michael J. Gullans, Brad Lackey ve Zitao Wang. “Quantum Lego Genişletme Paketi: Tensor Ağlarından Numaralandırıcılar” (2023). arXiv:2308.05152.
arXiv: 2308.05152

[42] Daniel Miller, Daniel Loss, Ivano Tavernelli, Hermann Kampermann, Dagmar Bruss ve Nikolai Wyderka. "Grafik durumlarının Shor-Laflamme dağılımları ve dolaşmanın gürültü sağlamlığı". Journal of Physics A: Matematiksel ve Teorik 56, 335303 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8121/​ace8d4

[43] Ikko Hamamura ve Takashi Imamichi. "Dolaşık ölçümler kullanılarak gözlemlenebilir kuantumların verimli değerlendirilmesi". npj Kuantum Bilgisi 6, 1–8 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-0284-2

[44] Ruho Kondo, Yuki Sato, Satoshi Koide, Seiji Kajita ve Hideki Takamatsu. “Genişletilmiş Çan Ölçümleri ile Hesaplamalı Verimli Kuantum Beklentisi”. Kuantum 6, 688 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-04-13-688

[45] Francisco Escudero, David Fernandez-Fernandez, Gabriel Jauma, Guillermo F. ​​Penas ve Luciano Pereira. “Varyasyonel Kuantum Algoritmaları için Donanım Açısından Verimli Dolaşmış Ölçümler”. Fiziksel İnceleme Başvurusu 20, 034044 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.20.034044

[46] Zhang Jiang, Amir Kalev, Wojciech Mruczkiewicz ve Hartmut Neven. "Azaltılmış kuantum durumları öğrenimine yönelik uygulamalarla üçlü ağaçlar aracılığıyla optimum fermiyon-kübit haritalaması". Kuantum 4, 276 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-04-276

[47] Ruben Verresen. “Her şey bir kuantum Ising modelidir” (2023). arXiv:2301.11917.
arXiv: 2301.11917

[48] Charles Hadfield. “Enerji Tahmini için Uyarlanabilir Pauli Gölgeleri” (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207

[49] Stefan Hillmich, Charles Hadfield, Rudy Raymond, Antonio Mezzacapo ve Robert Wille. “Sığ Devrelerle Kuantum Ölçümleri için Karar Diyagramları”. 2021'de IEEE Uluslararası Kuantum Bilgisayar ve Mühendislik Konferansı (QCE). Sayfalar 24–34. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE52317.2021.00018

[50] Tzu-Ching Yen, Aadithya Ganeshram ve Artur F. Izmaylov. "Uyumlu operatörlerin, yerel olmayan dönüşümlerin ve kovaryans tahminlerinin gruplandırılmasıyla kuantum ölçümlerinin deterministik iyileştirmeleri". npj Kuantum Bilgisi 9, 1–7 (2023).
HTTPS: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-023-00683-il

[51] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang ve Xiao Yuan. "Çakışan gruplandırma ölçümü: Kuantum durumlarını ölçmek için birleşik bir çerçeve". Kuantum 7, 896 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2023-01-13-896

[52] Minh C. Tran, Daniel K. Mark, Wen Wei Ho ve Soonwon Choi. “Analog Kuantum Simülasyonunda Keyfi Fiziksel Özelliklerin Ölçülmesi”. Fiziksel İnceleme X 13, 011049 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.011049

[53] Max McGinley ve Michele Fava. “Analog Kuantum Simülatörlerinde Acil Durum Tasarımlarından Gölge Tomografisi”. Fiziksel İnceleme Mektupları 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 ve diğerleri. "Rastgele durumların hazırlanması ve çok cisimli kuantum kaosuyla kıyaslama". Doğa 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 ve Soonwon Choi. “Bireysel Çok Cisim Dalga Fonksiyonlarından Ortaya Çıkan Kuantum Durum Tasarımları”. PRX Kuantum 4, 010311 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.010311

[56] Wen Wei Ho ve Soonwon Choi. “Kuantum Kaotik Dinamiklerinden Tam Ortaya Çıkan Kuantum Durum Tasarımları”. Fiziksel İnceleme Mektupları 128, 060601 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.060601

[57] Pieter W. Claeys ve Austen Lamacraft. "İkili üniter devre dinamiğinde ortaya çıkan kuantum durum tasarımları ve ikili üniterlik". Kuantum 6, 738 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-06-15-738

[58] Matteo Ippoliti ve Wen Wei Ho. “Dinamik Saflaştırma ve Tasarlanan Topluluktan Kuantum Durum Tasarımlarının Ortaya Çıkışı”. PRX Kuantum 4, 030322 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.030322

[59] Matteo Ippoliti ve Wen Wei Ho. "Farklı tasarım sürelerine sahip çözülebilir derin termalizasyon modeli". Kuantum 6, 886 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-12-29-886

[60] Pieter W. Claeys. “Kuantum anlık görüntülerde evrensellik”. Quantum Views 7, 71 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​qv-2023-01-27-71

Alıntılama

[1] Benoît Vermersch, Marko Ljubotina, J. Ignacio Cirac, Peter Zoller, Maksym Serbyn ve Lorenzo Piroli, "Çok cisim entropileri ve polinom olarak çok yerel ölçümlerden dolaşma", arXiv: 2311.08108, (2023).

[2] Matteo Ippoliti ve Vedika Khemani, “Kuantum dinamiğinde gizlice dinleyenlerin klasik gölgeleri yoluyla öğrenilebilirlik geçişleri”, arXiv: 2307.15011, (2023).

[3] Bujiao Wu ve Dax Enshan Koh, "Error-mitigated fermiyonik klasik gölgeler on gürültülü kuantum cihazlarında", arXiv: 2310.12726, (2023).

[4] Dominik Šafránek ve Dario Rosa, “Diğer gözlemlenebilirleri ölçerek enerjinin ölçülmesi”, Fiziksel İnceleme A 108 2, 022208 (2023).

[5] Arkopal Dutt, William Kirby, Rudy Raymond, Charles Hadfield, Sarah Sheldon, Isaac L. Chuang ve Antonio Mezzacapo, “Kuantum Kimyası Hamiltonyenleri için Rastgele Ölçüm Yöntemlerinin Pratik Kıyaslaması”, arXiv: 2312.07497, (2023).

[6] Tianren Gu, Xiao Yuan ve Bujiao Wu, "Bosonik sistemler için verimli ölçüm şemaları", Kuantum Bilimi ve Teknolojisi 8 4, 045008 (2023).

[7] Yuxuan Du, Yibo Yang, Tongliang Liu, Zhouchen Lin, Bernard Ghanem ve Dacheng Tao, "Veri Merkezli Kuantum Sistemi Öğrenimi için ShadowNet", arXiv: 2308.11290, (2023).

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2024-03-23 10:25:55) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

On Crossref'in alıntı yaptığı hizmet alıntı yapma çalışmaları ile ilgili veri bulunamadı (son deneme 2024-03-23 10:25:53).

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