Анотація: Аналіз квантових схем за допомогою моделювання абстрактного стабілізатора

Анотація: Аналіз квантових схем за допомогою моделювання абстрактного стабілізатора

Бенджамін Біксель, Анук Параді, Максиміліан Баадер і Мартін Вечев

ETH Цюріх, Швейцарія

Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.

абстрактний

Моделювання стабілізатора може ефективно імітувати важливий клас квантових схем, що складаються виключно з вентилів Кліффорда. Однак усі існуючі розширення цієї симуляції до довільних квантових схем, включаючи не-Кліффордові ворота, страждають від експоненціального часу виконання.
Щоб вирішити цю проблему, ми представляємо новий підхід для ефективного моделювання стабілізатора на довільних квантових схемах ціною втрати точності. Наша ключова ідея полягає в тому, щоб стиснути експоненціальне сумарне представлення квантового стану в один $абстрактний$ доданок, який охоплює (принаймні) усі доданки, що зустрічаються. Це дозволяє нам представити $textit{симулятор абстрактного стабілізатора}$, який ефективно маніпулює абстрактними доданками шляхом $надмірної апроксимації$ ефекту схемних операцій, включаючи вентилі Кліффорда, вентилі не-Кліффорда та (внутрішні) вимірювання.
Ми реалізували наш абстрактний симулятор в інструменті під назвою Abstraqt і експериментально продемонстрували, що Abstraqt може встановлювати властивості схеми, які не піддаються обробці для існуючих методів.

► Дані BibTeX

► Список літератури

[1] Даніель Готтесман. “Уявлення Гейзенберга про квантові комп’ютери”. Технічний звіт arXiv:quant-ph/​9807006. arXiv (1998).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.quant-ph/​9807006
arXiv: quant-ph / 9807006

[2] Скотт Ааронсон і Деніел Готтесман. «Покращене моделювання ланцюгів стабілізатора». Physical Review A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] Роберт Ренд, Арті Сундарам, Картік Сінгхал і Бред Лекі. «Поширення типів Готтесмана за межі групи Кліффорда». На другому міжнародному семінарі з мов програмування для квантових обчислень (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] Алекс Кіссінджер і Джон ван де Ветерінг. «Моделювання квантових ланцюгів за допомогою ZX-обчислення зменшених стабілізаторних розкладів». Квантова наука та технологія 7, 044001 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] Сергій Бравий, Ден Браун, Падрейк Келпін, Ерл Кемпбелл, Девід Госсет і Марк Ховард. “Моделювання квантових ланцюгів шляхом розкладання стабілізатора низького рангу”. Квант 3, 181 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] Акоп Пашаян, Олівер Рірдон-Сміт, Каміл Корзеква та Стівен Д. Бартлетт. “Швидка оцінка ймовірностей результатів для квантових схем”. PRX Quantum 3, 020361 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] “Класичне моделювання квантових схем з частковим і графічним розкладанням стабілізатора”. Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik (2022).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPICS.TQC.2022.5

[8] Патрік Кусо і Радія Кусо. «Абстрактна інтерпретація: уніфікована модель решітки для статичного аналізу програм шляхом побудови або апроксимації фіксованих точок». У матеріалах 4-го симпозіуму ACM SIGACT-SIGPLAN щодо принципів мов програмування. Сторінки 238–252. POPL ’77Нью-Йорк, Нью-Йорк, США (1977). ACM.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 512950.512973

[9] Патрік Кусо і Радія Кусо. «Абстрактні рамки інтерпретації». Журнал логіки та обчислень 2, 511–547 (1992).
https://​/​doi.org/​10.1093/​logcom/​2.4.511

[10] Бруно Бланше, Патрік Кузо, Радія Кузо, Жером Фере, Лоран Моборн, Антуан Міне, Девід Монніо та Ксав’є Ріваль. «Статичний аналізатор для великого програмного забезпечення, критичного для безпеки». Повідомлення ACM SIGPLAN 38, 196–207 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780822.781153

[11] Франческо Логоццо та Мануель Фендріх. «П'ятикутники: слабко реляційна абстрактна область для ефективної перевірки доступу до масиву». Наука про комп’ютерне програмування 75, 796–807 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.scico.2009.04.004

[12] Тімон Гер, Метью Мірман, Дана Дракслер-Коен, Петар Цанков, Сварат Чаудхурі та Мартін Вечев. «AI2: Сертифікація безпеки та надійності нейронних мереж з абстрактною інтерпретацією». У 2018 році IEEE Symposium on Security and Privacy (SP). Сторінки 3–18. Сан-Франциско, Каліфорнія (2018). IEEE.
https://​/​doi.org/​10.1109/​SP.2018.00058

[13] Майкл А. Нільсен та Ісаак Л. Чуанг. “Квантові обчислення та квантова інформація: 10-те ювілейне видання”. Cambridge University Press. (2010).
https://​/​doi.org/​10.1017/​CBO9780511976667

[14] Гаді Александрович, Томас Александер, Панайотіс Баркуцос, Лучано Белло, Яель Бен-Хаїм, Девід Бухер, Франсіско Хосе Кабрера-Ернандес, Хорхе Карбальо-Франкіс, Адріан Чен, Чун-Фу Чен, Джеррі М. Чоу, Антоніо Д. Корколес-Гонсалес , Ебігейл Дж. Кросс, Ендрю Кросс, Хуан Круз-Беніто, Кріс Калвер, Сальвадор Де Ла Пуенте Гонсалес, Енріке Де Ла Торре, Делтон Дінг, Ежен Думітреску, Іван Дюран, Пітер Еендебак, Марк Еверітт, Ісмаель Фаро Сертадж, Альберт Фріш, Андреас Фюрер, Джей Гамбетта, Борха Годой Гаго, Хуан Гомес-Москера, Донні Грінберг, Ікко Хамамура, Войтех Гавлічек, Джо Хеллмерс, Лукаш Херок, Хіроші Хорі, Шаохан Ху, Такаші Імамічі, Тосінарі Ітоко, Алі Джаваді-Абхарі, Наокі Канадзава, Антон Каразеєв, Кевін Крсуліч, Пен Лю, Ян Лу, Юнхо Меенг, Маноель Маркес, Франсіско Хосе Мартін-Фернандес, Дуглас Т. МакКлюр, Девід Маккей, Сруджан Місала, Антоніо Меццакапо, Ніколай Молл, Дієго Мореда Родрігес, Джакомо Наннічіні, Пол Нейшн , Полін Оллітро, Лі Джеймс О'Ріордан, Ханхі Пейк, Хесус Перес, Анна Фан, Марко Пістоя, Віктор Прутьянов, Макс Ройтер, Джулія Райс, Абдон Родрігес Давіла, Реймонд Гаррі Путра Руді, Мінгі Рю, Нінад Сатхає, Кріс Шнабель, Едді Схоуте, Канав Сетіа, Юнонг Ши, Аденілтон Сільва, Юкіо Сіраічі, Сейон Сівараджа, Джон А. Смолін, Матіас Соекен, Хітомі Такахаші, Івано Тавернеллі, Чарльз Тейлор, Піт Тейлор, Кенсо Требінг, Меттью Трейніш, Уес Тернер, Дезіре Фогт-Лі , Крістоф Вюйо, Джонатан А. Вілдстром, Джессіка Вілсон, Ерік Вінстон, Крістофер Вуд, Стівен Вуд, Стефан Вернер, Ісмаїл Юнус Ахалвайя та Кріста Зуфал. «Qiskit: фреймворк з відкритим кодом для квантових обчислень» (2019).

[15] Чарльз Р. Харріс, К. Джаррод Міллман, Стефан Дж. ван дер Уолт, Ральф Гоммерс, Паулі Віртанен, Девід Курнапо, Ерік Візер, Джуліан Тейлор, Себастьян Берг, Натаніель Дж. Сміт, Роберт Керн, Матті Пікус, Стефан Хоєр, Мартен Г. ван Керквійк, Меттью Бретт, Аллан Холдейн, Хайме Фернандес дель Ріо, Марк Вібе, Піру Петерсон, П’єр Жерар-Маршан, Кевін Шеппард, Тайлер Редді, Воррен Векессер, Хамір Аббасі, Крістоф Голке та Тревіс Е. Оліфант. «Програмування масивів за допомогою NumPy». Nature 585, 357–362 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] Сіу Кван Лам, Антуан Пітру та Стенлі Зайберт. «Numba: JIT-компілятор Python на основі LLVM». У матеріалах другого семінару з інфраструктури компілятора LLVM у HPC. Сторінки 1–6. LLVM ’15Нью-Йорк, Нью-Йорк, США (2015). Асоціація обчислювальної техніки.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2833157.2833162

[17] Крейг Гідні. «Stim: швидкий симулятор схеми стабілізатора». Квант 5, 497 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] Генрі С. Уоррен. «Хакерська насолода». Addison-Wesley Professional. (2012). 2-е видання.
https: / / doi.org/ 10.5555 / 2462741

[19] Алекс Кіссінджер і Джон ван де Ветерінг. «PyZX: великомасштабне автоматизоване діаграмне міркування». У Боба Коке та Метью Лейфера, редакторів, Матеріали 16-ї міжнародної конференції з квантової фізики та логіки, Університет Чепмена, Оранж, Каліфорнія, США, 10-14 червня 2019 р. Том 318 електронних матеріалів з теоретичної інформатики, сторінки 229–241. Open Publishing Association (2020).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.318.14

[20] Метью Емі. «На шляху до великомасштабної функціональної перевірки універсальних квантових схем». Електронні матеріали з теоретичної інформатики 287, 1–21 (2019).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.287.1

[21] Ненгкун Ю та Єнс Палсберг. «Квантова абстрактна інтерпретація». У матеріалах 42-ї міжнародної конференції ACM SIGPLAN з розробки та впровадження мови програмування. Сторінки 542–558. PLDI 2021Нью-Йорк, Нью-Йорк, США (2021). Асоціація обчислювальної техніки.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3453483.3454061

[22] Антуан Міне. «Слабореляційні чисельні абстрактні області». Кандидатська дисертація (2004). url: https://​/​www-apr.lip6.fr/​ mine/​these/​these-color.pdf.
https://​/​www-apr.lip6.fr/​~mine/​these/​these-color.pdf

[23] Саймон Пердрікс. «Аналіз квантової заплутаності на основі абстрактної інтерпретації». У матеріалах 15-го Міжнародного симпозіуму зі статичного аналізу. Сторінки 270–282. SAS ’08 Берлін, Гейдельберг (2008). Springer-Verlag.
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] Кентаро Хонда. «Аналіз квантової заплутаності в квантових програмах з використанням стабілізаційного формалізму». Electronic Proceedings in Theoretical Computer Science 195 (2015).
https://​/​doi.org/​10.4204/​EPTCS.195.19

[25] Кеша Хієтала, Роберт Ренд, Ши-Хан Хунг, Лії Лі та Майкл Хікс. «Доведення правильності квантових програм». Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 193, 21:1–21:19 (2021).
https://​/​doi.org/​10.4230/​LIPIcs.ITP.2021.21

[26] Крістоф Шаретон, Себастьян Барден, Франсуа Бобо, Валентин Перрелле та Бенуа Валірон. «Автоматизована дедуктивна система верифікації для квантових програм побудови схем». У мовах програмування та системах. Сторінки 148–177. Springer International Publishing (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] Міншен Ін, Шенган Ін і Сяоді Ву. “Інваріанти квантових програм: характеристики та генерація”. SIGPLAN Ні. 52, 818–832 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3093333.3009840

Цитується

Не вдалося отримати Перехресне посилання, наведене за даними під час останньої спроби 2023-11-20 15:19:03: не вдалося отримати цитовані дані для 10.22331/q-2023-11-20-1185 з Crossref. Це нормально, якщо DOI був зареєстрований нещодавно. Увімкнено SAO / NASA ADS даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2023-11-20 15:19:04).

Часова мітка:

Більше від Квантовий журнал