1Дослідницька група фотоніки, INTEC, Гентський університет – imec, Sint-Pietersnieuwstraat 41, 9000 Гент, Бельгія
2Télécom Paris і Institut Polytechnique de Paris, LTCI, 20 Place Marguerite Perey, 91120 Palaiseau, France
3Ксанаду, Торонто, Онтаріо, M5G 2C8, Канада
4Центр теоретичної фізики Каданова та Інститут Енріко Фермі, Департамент фізики, Чиказький університет, Чикаго, Іллінойс 60637
Вам цей документ цікавий чи ви хочете обговорити? Скайте або залиште коментар на SciRate.
абстрактний
Лінійні оптичні квантові схеми з детекторами з роздільною здатністю фотонів (PNR) використовуються як для вибірки гауссових бозонів (GBS), так і для підготовки негаусових станів, таких як стани Готтесмана-Китаєва-Прескілла (GKP), стани cat і NOON. Вони мають вирішальне значення в багатьох схемах квантових обчислень і квантової метрології. Класична оптимізація схем із детекторами PNR є складною через їх експоненціально великий простір Гільберта та квадратично більш складною за наявності декогеренції, оскільки вектори стану замінюються матрицями щільності. Щоб вирішити цю проблему, ми представляємо сімейство алгоритмів, які обчислюють ймовірності виявлення, умовні стани (а також їхні градієнти щодо параметризації схеми) зі складністю, яку можна порівняти з безшумним випадком. Як наслідок, ми можемо симулювати та оптимізувати схеми з удвічі більшою кількістю режимів, ніж раніше, використовуючи ті самі ресурси. Точніше, для шумової схеми $M$-режиму з виявленими модами $D$ і невиявленими модами $U$, складність нашого алгоритму становить $O(M^2 prod_{i mskip2mu in mskip2mu U} C_i^2 prod_{ i mskip2mu in mskip2mu D} C_i)$, а не $O(M^2 prod_{mskip2mu i mskip2mu in mskip2mu D mskip3mu cup mskip3mu U} C_i^2)$, де $C_i$ — це обрізка Фока режиму $i$ . Як окремий випадок, наш підхід пропонує повне квадратичне прискорення для обчислення ймовірностей виявлення, оскільки в цьому випадку виявляються всі моди. Нарешті, ці алгоритми реалізовані та готові до використання в бібліотеці фотонної оптимізації з відкритим кодом MrMustard.
Анімовані версії деяких малюнків у рукописі (GIF-файли) включено до Додаткових матеріалів.
Популярне резюме
Вчені можуть покладатися на класичні комп’ютери для моделювання та оптимізації цих схем. Однак таке чисельне моделювання є принципово складним, особливо зі збільшенням розміру схеми (якби квантові схеми можна було моделювати ефективно, вони б не змогли перевершити класичні комп’ютери). Точніше кажучи, у міру збільшення розмірів схем час, необхідний для моделювання, і необхідна комп’ютерна пам’ять експоненціально збільшуються. Мало що можна зробити, щоб уникнути цього.
Ця проблема стає ще більшою, коли ми відходимо від ідеальних схем і беремо до уваги, що частина світла неминуче виходить із схеми. Врахування таких реалістичних ефектів додає квадратичне збільшення обчислювальних вимог до існуючого експоненціального зростання. У цьому рукописі ми представляємо нове сімейство алгоритмів, які можуть враховувати такі реальні ефекти без додавання додаткового квадратичного навантаження. Це дозволяє моделювати та оптимізувати реалістичні схеми з тими ж зусиллями, що й ідеальні.
► Дані BibTeX
► Список літератури
[1] Хуан Мігель Аррацола та Томас Р. Бромлі. Використання дискретизації бозонів Гауса для пошуку щільних підграфів. Physical Review Letters, 121 (3), липень 2018 р. 10.1103/physrevlett.121.030503.
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.121.030503
[2] Хуан Мігель Аррацола, Томас Р. Бромлі та Патрік Ребентрост. Квантова наближена оптимізація з дискретизацією бозона Гауса. Physical Review A, 98 (1), липень 2018 р. 10.1103/physreva.98.012322.
https:///doi.org/10.1103/physreva.98.012322
[3] Леонардо Банчі, Марк Фінгерхут, Томас Бабей, Крістофер Інґ і Хуан Мігель Аррацола. Молекулярний докінг із дискретизацією бозона Гауса. Science Advances, 6 (23), червень 2020a. 10.1126/sciadv.aax1950.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.aax1950
[4] Леонардо Банчі, Ніколас Кесада та Хуан Мігель Аррасола. Навчання дискретизаційних розподілів бозона Гауса. Physical Review A, 102 (1): 012417, 2020b. 10.1103/PhysRevA.102.012417.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012417
[5] Дж. Елі Бурасса, Рафаель Н. Александер, Майкл Васмер, Ашлеша Патіл, Ілан Цитрін, Такая Мацуура, Дайкін Су, Бен К. Барагіола, Сайкат Гуха, Гійом Дофіне та ін. Проект для масштабованого фотонного відмовостійкого квантового комп’ютера. Quantum, 5: 392, 2021. 10.22331/q-2021-02-04-392.
https://doi.org/10.22331/q-2021-02-04-392
[6] Каміль Брадлер, П’єр-Люк Даллер-Демерс, Патрік Ребентрост, Дайкін Су та Крістіан Відбрук. Вибірка бозона Гауса для ідеального узгодження довільних графіків. Physical Review A, 98 (3), вересень 2018 р. 10.1103/physreva.98.032310.
https:///doi.org/10.1103/physreva.98.032310
[7] Каміл Брадлер, Шмуель Фрідланд, Джош Ізаак, Натан Кіллоран і Дайкін Су. Ізоморфізм графа та дискретизація бозона Гауса. Спеціальні матриці, 9 (1): 166–196, січень 2021 р. 10.1515/spma-2020-0132.
https: / / doi.org/ 10.1515 / spma-2020-0132
[8] Томас Р. Бромлі, Хуан Мігель Арразола, Соран Джахангірі, Джош Ізаак, Ніколас Кесада, Ален Д. Гран, Марія Шульд, Джеремі Свінартон, Зейд Забане та Натан Кіллоран. Застосування короткочасних фотонних квантових комп’ютерів: програмне забезпечення та алгоритми. Квантова наука та технологія, 5 (3): 034010, 2020. 10.1088/2058-9565/ab8504.
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/ab8504
[9] Джейкоб Ф. Ф. Булмер, Брін А. Белл, Рейчел С. Чедвік, Алекс Е. Джонс, Діана Мойз, Алессандро Рігацці, Ян Торбеке, Утц-Уве Хаус, Томас Ван Веренберг, Радж Б. Патель та ін. Межа для квантової переваги в дискретизації бозона Гауса. Наукові досягнення, 8 (4): eabl9236, 2022. 10.1126/sciadv.abl9236.
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abl9236
[10] Кевін Е. Кехілл і Рой Дж. Глаубер. Оператори щільності та квазіімовірнісні розподіли. Physical Review, 177 (5): 1882, 1969. 10.1103/PhysRev.177.1882.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRev.177.1882
[11] Косуке Фукуї, Шунтаро Такеда, Мамору Ендо, Варіт Асаванант, Джун-Ічі Йосікава, Пітер ван Лок та Акіра Фурусава. Ефективний ретроспективний пошук для оптичного синтезу квантового стану. фіз. Rev. Lett., 128: 240503, червень 2022 р. 10.1103/PhysRevLett.128.240503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.240503
[12] Крістофер С. Джеррі та Пітер Л. Найт. Ознайомлення з квантовою оптикою. Видавництво Кембриджського університету, 2005.
[13] Даніель Готтесман, Олексій Китаєв і Джон Прескілл. Кодування кубіта в осциляторі. фіз. Rev. A, 64: 012310, червень 2001 р. 10.1103/PhysRevA.64.012310.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310
[14] Крейг С. Гамільтон, Регіна Крус, Лінда Сансоні, Соня Баркхофен, Крістін Зільбергорн та Ігор Джекс. Дискретизація бозона Гауса. фіз. Rev. Lett., 119: 170501, жовтень 2017 р. 10.1103/PhysRevLett.119.170501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.170501
[15] Джунсук Ху і Ман-Хон Юнг. Вибірка вібронних бозонів: узагальнена вибірка бозонів Гаусса для молекулярних вібронних спектрів при кінцевій температурі. Наукові звіти, 7 (1), серпень 2017 р. 10.1038/s41598-017-07770-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-07770-z
[16] Соран Джахангірі, Хуан Мігель Арразола, Ніколас Кесада та Натан Кіллоран. Точкові процеси з дискретизацією гаусового бозона. Physical Review E, 101 (2), лютий 2020 р. 10.1103/physreve.101.022134.
https:///doi.org/10.1103/physreve.101.022134
[17] Регіна Крус, Крейг С. Гамільтон, Лінда Сансоні, Соня Баркхофен, Крістін Зільбергорн та Ігор Джекс. Детальне дослідження дискретизації бозона Гауса. фіз. Rev. A, 100: 032326, вересень 2019 р. 10.1103/PhysRevA.100.032326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032326
[18] Філіппо М. Міатто та Ніколас Кесада. Швидка оптимізація параметризованих квантових оптичних схем. Quantum, 4: 366, 2020. 10.22331/q-2020-11-30-366.
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-30-366
[19] Чанхун О, Міньчжао Лю, Юрій Алексєєв, Білл Фефферман і Лян Цзян. Алгоритм тензорної мережі для моделювання експериментальної дискретизації бозона Гауса. Препринт arXiv arXiv:2306.03709, 2023. 10.48550/arXiv.2306.03709.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2306.03709
arXiv: 2306.03709
[20] Ніколас Кесада. Фактори Франка-Кондона шляхом підрахунку ідеальних збігів графіків із циклами. Журнал хімічної фізики, 150 (16): 164113, 2019. 10.1063/1.5086387.
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5086387
[21] Ніколас Кесада, Люк Г. Хелт, Джош Ізаак, Хуан Мігель Арразола, Рейхане Шахрохшахі, Кейсі Р. Майерс і Крішна К. Сабапаті. Симуляція підготовки реалістичного негаусового стану. фіз. Rev. A, 100: 022341, серпень 2019 р. 10.1103/PhysRevA.100.022341.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.022341
[22] Крішна К. Сабапаті, Хаоюй Ці, Джош Ізаак і Крістіан Відбрук. Виробництво фотонних універсальних квантових воріт, покращених машинним навчанням. фіз. A, 100: 012326, липень 2019 р. 10.1103/PhysRevA.100.012326.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.012326
[23] Марія Шульд, Вілле Бергхольм, Крістіан Гоголін, Джош Ізаак і Натан Кіллоран. Оцінка аналітичних градієнтів на квантовому обладнанні. фіз. Rev. A, 99 (3): 032331, 2019. 10.1103/PhysRevA.99.032331.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.032331
[24] Марія Шульд, Каміль Брадлер, Роберт Ізраель, Дайкін Су та Браджеш Гупт. Вимірювання подібності графіків за допомогою семплера бозона Гауса. Physical Review A, 101 (3), березень 2020 р. 10.1103/physreva.101.032314.
https:///doi.org/10.1103/physreva.101.032314
[25] Дайкін Су, Кейсі Р. Майерс і Крішна К. Сабапаті. Перетворення гаусових станів у негаусівські за допомогою детекторів із роздільною здатністю фотонів. фіз. Rev. A, 100: 052301, листопад 2019a. 10.1103/PhysRevA.100.052301.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.052301
[26] Дайкін Су, Кейсі Р. Майерс і Крішна К. Сабапаті. Генерація фотонних негаусових станів шляхом вимірювання багатомодових гаусових станів. препринт arXiv arXiv:1902.02331, 2019b. 10.48550/arXiv.1902.02331.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1902.02331
arXiv: 1902.02331
[27] Кан Такасе, Джун-ічі Йосікава, Варіт Асаванант, Мамору Ендо та Акіра Фурусава. Генерація оптичних станів кота Шредінгера шляхом узагальненого віднімання фотонів. фіз. Rev. A, 103: 013710, січень 2021 р. 10.1103/PhysRevA.103.013710.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.103.013710
[28] Кан Такасе, Косуке Фукуї, Акіто Кавасакі, Варіт Асаванант, Мамору Ендо, Джун-ічі Йосікава, Пітер ван Лок та Акіра Фурусава. Гаусове розведення для кодування кубіта в поширеному світлі. Препринт arXiv arXiv:2212.05436, 2022. 10.48550/arXiv.2212.05436.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.05436
arXiv: 2212.05436
[29] Xanadu Quantum Technologies. Містер Гірчиця. https:///github.com/XanaduAI/MrMustard, 2022.
https:///github.com/XanaduAI/MrMustard
[30] Ілан Цитрін, Дж. Елі Бурасса, Ніколас К. Менікуччі та Крішна К. Сабапаті. Прогрес у напрямку практичного обчислення кубітів з використанням наближених кодів Готтесмана-Китаєва-Прескілла. фіз. Rev. A, 101: 032315, березень 2020 р. 10.1103/PhysRevA.101.032315.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032315
[31] Юань Яо, Філіппо М. Міатто та Ніколас Кесада. Рекурсивне представлення квантової механіки Гауса. Препринт arXiv arXiv:2209.06069, 2022. 10.48550/arXiv.2209.06069.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2209.06069
arXiv: 2209.06069
Цитується
[1] Pranav Chandarana, Koushik Paul, Mikel Garcia-de-Andoin, Yue Ban, Mikel Sanz, and Xi Chen, “Photonic counterdiabatic quantum optimization algorithm”, arXiv: 2307.14853, (2023).
Вищезазначені цитати від SAO / NASA ADS (останнє оновлення успішно 2023-08-30 03:00:49). Список може бути неповним, оскільки не всі видавці надають відповідні та повні дані про цитування.
On Служба, на яку посилається Crossref даних про цитування робіт не знайдено (остання спроба 2023-08-30 03:00:47).
Ця стаття опублікована в Quantum під Creative Commons Attribution 4.0 International (CC на 4.0) ліцензія. Авторське право залишається за оригінальними власниками авторських прав, такими як автори або їх установи.
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- ChartPrime. Розвивайте свою торгову гру за допомогою ChartPrime. Доступ тут.
- BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
- джерело: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-08-29-1097/
- :є
- : ні
- :де
- 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
- Здатний
- вище
- РЕЗЮМЕ
- доступ
- рахунки
- додати
- Додає
- просування
- аванси
- Перевага
- приналежності
- AL
- Alex
- Олександр
- алгоритм
- алгоритми
- ВСІ
- дозволяє
- an
- Аналітичний
- та
- застосування
- підхід
- приблизний
- ЕСТЬ
- AS
- At
- серпня
- Серпня
- автор
- authors
- геть
- Заборона
- BE
- стає
- було
- перед тим
- буття
- Дзвін
- Бен
- Білл
- блоки
- бозон
- обидва
- межа
- Перерва
- Створюємо
- by
- обчислювати
- розрахунок
- Кембридж
- CAN
- випадок
- Кейсі
- КПП
- Центр
- виклик
- складні
- хімічний
- Чень
- Чикаго
- Крістін
- Крістофер
- Коди
- коментар
- Commons
- порівнянний
- повний
- комплекс
- складність
- обчислення
- комп'ютер
- комп'ютери
- обчислення
- Перетворення
- авторське право
- може
- підрахунок
- Крейг
- вирішальне значення
- Чашка
- Данило
- дані
- запити
- відділ
- призначений
- докладно
- виявлено
- Виявлення
- обговорювати
- Розподілу
- do
- два
- e
- E&T
- ефекти
- ефективний
- продуктивно
- зусилля
- підвищена
- бігти
- особливо
- оцінки
- Навіть
- існуючий
- експериментальний
- експонентний
- експоненціальне зростання
- експоненціально
- додатково
- фактори
- сім'я
- ШВИДКО
- лютого
- лютого 2020
- поле
- цифри
- в кінці кінців
- знайти
- Перший
- для
- знайдений
- від
- Повний
- принципово
- Гейтс
- породжувати
- покоління
- градієнти
- графік
- графіки
- великий
- Group
- Рости
- Зростає
- Зростання
- Гамільтон
- апаратні засоби
- Гарвард
- Мати
- власники
- Однак
- HTTPS
- i
- ідеальний
- if
- зображення
- реалізовані
- in
- включені
- включення
- Augmenter
- неминуче
- ING
- Інститут
- установи
- цікавий
- Міжнародне покриття
- в
- вводити
- вступний
- Ізраїль
- січень
- січня
- 2021 січня
- JavaScript
- Джон
- Джонс
- журнал
- Джон
- липень
- червень
- лицар
- великий
- більше
- останній
- вивчення
- Залишати
- бібліотека
- ліцензія
- світло
- як
- Лінда
- список
- трохи
- загрузка
- машина
- навчання за допомогою машини
- зробити
- багато
- березня
- Марш 2020
- Марія
- позначити
- Матеріали
- макс-ширина
- Може..
- вимір
- механіка
- пам'ять
- Метрологія
- Майкл
- режим
- Режими
- молекулярний
- місяць
- більше
- рухатися
- необхідний
- мережу
- Нові
- Нікола
- немає
- Листопад
- номер
- жовтень
- of
- Пропозиції
- oh
- on
- ONE
- ті,
- відкрити
- з відкритим вихідним кодом
- Оператори
- оптика
- оптимізація
- Оптимізувати
- оптимізуючий
- or
- оригінал
- наші
- Вищі результати
- сторінок
- Папір
- Паріс
- частина
- приватність
- Патрік
- Пол
- ідеальний
- Пітер
- фізичний
- Фізично
- Фізика
- основний
- місце
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- Play
- точка
- потенціал
- Практичний
- точно
- підготовка
- Готує
- наявність
- press
- Проблема
- процеси
- Production
- прогрес
- забезпечувати
- опублікований
- видавець
- видавців
- Qi
- квадратичний
- Квантовий
- квантова перевага
- Квантовий комп'ютер
- квантові комп'ютери
- квантові обчислення
- Квантова механіка
- Квантова оптика
- Кубіт
- R
- Rafael
- швидше
- готовий
- Реальний світ
- реалістичний
- зрозумів,
- Рекурсивний
- посилання
- покладатися
- залишається
- замінити
- Звіти
- подання
- вимагається
- дослідження
- рішення
- ресурси
- повага
- огляд
- РОБЕРТ
- Роль
- Рой
- s
- то ж
- масштабовані
- схеми
- наука
- Наука і технології
- науковий
- Пошук
- Вересень
- служити
- демонстрації
- аналогічний
- Розмір
- Софтвер
- деякі
- Простір
- спеціальний
- стан
- Штати
- Вивчення
- підграфи
- Успішно
- такі
- підходящий
- перевершувати
- снасті
- Приймати
- Технології
- Технологія
- ніж
- Що
- Команда
- їх
- теоретичний
- Там.
- Ці
- вони
- це
- час
- назва
- до
- топ
- Торонто
- до
- Навчання
- Двічі
- при
- Universal
- університет
- Чиказький університет
- оновлений
- URL
- us
- використання
- використовуваний
- використання
- версії
- обсяг
- хотіти
- було
- we
- ДОБРЕ
- коли
- який
- з
- без
- працює
- xi
- рік
- юань
- зефірнет