Actis: Bộ giải mã tìm kiếm liên minh địa phương nghiêm ngặt

Actis: Bộ giải mã tìm kiếm liên minh địa phương nghiêm ngặt

Dấu thời gian: Ngày 14 tháng 2023 năm 6 58:XNUMX sáng

Tim Chan1 và Simon C. Benjamin1,2

1Khoa Vật liệu, Đại học Oxford, Parks Road, Oxford OX1 3PH, Vương quốc Anh
2Quantum Motion, 9 Sterling Way, London N7 9HJ, Vương quốc Anh

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Điện toán lượng tử có khả năng chịu lỗi yêu cầu phần cứng cổ điển để thực hiện việc giải mã cần thiết để sửa lỗi. Bộ giải mã Union–Find là một trong những ứng cử viên tốt nhất cho việc này. Nó có các đặc điểm hữu cơ đáng chú ý, liên quan đến sự phát triển và hợp nhất các cấu trúc dữ liệu thông qua các bước lân cận gần nhất; điều này tự nhiên gợi ý khả năng hiện thực hóa nó bằng cách sử dụng một mạng các bộ xử lý đơn giản với các liên kết lân cận gần nhất. Bằng cách này, tải tính toán có thể được phân phối song song gần như lý tưởng. Ở đây, lần đầu tiên chúng tôi chứng minh rằng địa phương nghiêm ngặt (chứ không phải một phần) này là thực tế, với thời gian chạy trong trường hợp xấu nhất $mathcal O(d^3)$ và thời gian chạy trung bình dưới bậc hai trong khoảng cách mã bề mặt $d$. Một sơ đồ tính toán chẵn lẻ mới được sử dụng có thể đơn giản hóa các kiến ​​trúc được đề xuất trước đó và cách tiếp cận của chúng tôi được tối ưu hóa cho nhiễu ở cấp độ mạch. Chúng tôi so sánh nhận thức địa phương của chúng tôi với một nhận thức được tăng cường bởi các liên kết tầm xa; trong khi cái sau tất nhiên là nhanh hơn, chúng tôi lưu ý rằng logic không đồng bộ cục bộ có thể phủ nhận sự khác biệt.

Actis: Liên minh địa phương nghiêm ngặt – Tìm bộ giải mã PlatoBlockchain Data Intelligence. Tìm kiếm dọc. Ái.

Hình ảnh nổi bật: Mạng được sử dụng để liên lạc với nút điều khiển trong Actis cho mã bề mặt khoảng cách-3. Cây này tương tự như biểu đồ giải mã nhiễu cấp mạch.

Tóm tắt phổ biến

Máy tính lượng tử có tiềm năng mang lại sức mạnh tính toán đột phá, nhưng chỉ khi được bảo vệ khỏi tiếng ồn. Điều này được thực hiện thông qua sửa lỗi: một cách để trao đổi nhiều qubit nhiễu (đơn vị tính toán) lấy ít qubit hơn nhưng hoàn hảo hơn. Nhiệm vụ phụ quan trọng của việc giám sát các phép đo từ bộ xử lý lượng tử để suy ra thời điểm xảy ra lỗi được gọi là giải mã. Việc này phải được thực hiện cực kỳ nhanh chóng để theo kịp máy lượng tử. Ở đây, chúng tôi sửa đổi thuật toán giải mã hiện có để làm cho nó cục bộ, tức là có thể chạy được trên một lưới gồm các ô xử lý giống hệt nhau, mỗi ô chỉ giao tiếp với các ô lân cận gần nhất của chúng. Địa phương có nhiều lợi ích thiết thực khác nhau về tốc độ, cách bố trí và tính mạnh mẽ. Chúng tôi kiểm tra thiết kế cục bộ của mình và thấy rằng thời gian chạy của nó thực sự hoạt động thuận lợi hơn thuật toán ban đầu; sau đó chúng tôi đề xuất sử dụng phần cứng 'không đồng bộ' để tối đa hóa hiệu suất tuyệt đối cho thiết kế của chúng tôi.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[1] Eric Dennis, Alexei Kitaev, Andrew Landahl và John Preskill. “Bộ nhớ lượng tử cấu trúc liên kết”. Tạp chí Vật lý Toán học 43, 4452–4505 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[2] Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis và Andrew N. Cleland. “Mã bề mặt: Hướng tới tính toán lượng tử quy mô lớn thực tế”. Tạp chí Vật lý A 86, 032324 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] Daniel Litinski. “Trò chơi mã bề mặt: Điện toán lượng tử quy mô lớn với giải phẫu mạng tinh thể”. Lượng tử 3, 128 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-03-05-128

[4] Jack Edmonds. “Những con đường, cây và hoa”. Tạp chí Toán học Canada 17, 449–467 (1965).
https: / / doi.org/ 10.4153 / CJM-1965-045-4

[5] Austin G. Fowler, Adam C. Whiteside và Lloyd CL Hollenberg. “Hướng tới xử lý cổ điển thực tế cho mã bề mặt”. Thư đánh giá vật lý 108, 180501 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.180501

[6] Guillaume Duclos-Cianci và David Poulin. “Bộ giải mã nhanh cho mã lượng tử tôpô”. Thư đánh giá vật lý 104, 050504 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.050504

[7] Guillaume Duclos-Cianci và David Poulin. “Thuật toán giải mã nhóm tái chuẩn hóa cho mã lượng tử tôpô”. Hội thảo lý thuyết thông tin IEEE 2010. Trang 1–5. (2010).
https://​/​doi.org/​10.1109/​CIG.2010.5592866

[8] James R. Wootton và Daniel Loss. “Sửa lỗi ngưỡng cao cho mã bề mặt”. Thư đánh giá vật lý 109, 160503 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.160503

[9] Ben Criger và Imran Ashraf. “Tổng hợp nhiều đường để giải mã mã tôpô 2D”. Lượng tử 2, 102 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-10-19-102

[10] Oscar Higgott, Thomas C. Bohdanowicz, Aleksander Kubica, Steven T. Flammia và Bá tước T. Campbell. “Cải thiện khả năng giải mã nhiễu mạch và ranh giới mong manh của các mã bề mặt được thiết kế riêng”. Đánh giá vật lý X 13, 031007 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.031007

[11] Oscar Higgott và Nikolas P. Breuckmann. “Cải thiện khả năng giải mã một lần của mã sản phẩm siêu đồ thị chiều cao hơn”. PRX Lượng tử 4, 020332 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.020332

[12] Cao-Yueh Kuo và Ching-Yi Lai. “Khai thác tính thoái hóa trong việc giải mã truyền bá niềm tin của mã lượng tử”. Thông tin lượng tử npj 8, 111 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00623-2

[13] Milap Sheth, Sara Zafar Jafarzadeh và Vlad Gheorghiu. “Giải mã tập hợp thần kinh cho các mã sửa lỗi lượng tử tôpô”. Đánh giá vật lý A 101, 032338 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032338

[14] Ramon WJ Overwater, Masoud Babaie, và Fabio Sebastiano. “Bộ giải mã mạng nơ-ron để sửa lỗi lượng tử bằng cách sử dụng mã bề mặt: Khám phá không gian về sự đánh đổi giữa chi phí và hiệu suất phần cứng”. Giao dịch của IEEE về Kỹ thuật lượng tử 3, 1–19 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2022.3174017

[15] Nicolas Delfosse. “Giải mã phân cấp để giảm yêu cầu phần cứng cho điện toán lượng tử” (2020). arXiv:2001.11427.
arXiv: 2001.11427

[16] Kai Meinerz, Chae-Yeun Park và Simon Trebst. “Bộ giải mã thần kinh có khả năng mở rộng cho các mã bề mặt tôpô”. Thư đánh giá vật lý 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 và Frederic T. Chong. “Giải mã tốt hơn trường hợp xấu nhất để sửa lỗi lượng tử”. Trong Kỷ yếu của Hội nghị quốc tế ACM lần thứ 28 về Hỗ trợ kiến ​​trúc cho ngôn ngữ lập trình và hệ điều hành, Tập 2. Trang 88–102. New York, NY, Hoa Kỳ (2023). Hiệp hội máy tính máy tính
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3575693.3575733

[18] Samuel C. Smith, Benjamin J. Brown và Stephen D. Bartlett. “Bộ tiền giải mã cục bộ để giảm băng thông và độ trễ của việc sửa lỗi lượng tử”. Đánh giá vật lý Áp dụng ngày 19, 034050 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.19.034050

[19] Nicolas Delfosse và Gilles Zémor. “Khả năng giải mã tối đa theo thời gian tuyến tính của mã bề mặt trên kênh xóa lượng tử”. Nghiên cứu đánh giá vật lý 2, 033042 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033042

[20] Nicolas Delfosse và Naomi H. Nickerson. “Thuật toán giải mã thời gian gần như tuyến tính cho mã tô pô”. Lượng tử 5, 595 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[21] Namitha Liyanage, Yue Wu, Alexander Deters và Lin Zhong. “Sửa lỗi lượng tử có thể mở rộng cho mã bề mặt bằng FPGA” (2023). arXiv:2301.08419.
arXiv: 2301.08419

[22] Alexei Yu Kitaev. “Tính toán lượng tử có khả năng chịu lỗi của bất kỳ ai”. Biên niên sử Vật lý 303, 2–30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[23] Tâm Chân (2023). mã: timchan0/​localuf.
https://​/​github.com/​timchan0/​localuf

[24] Tâm Chấn. “Dữ liệu cho `Actis: Bộ giải mã tìm kiếm liên minh địa phương nghiêm ngặt”' (2023).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.10075207

[25] Michael A. Nielsen và Isaac L. Chuang. “Tính toán lượng tử và thông tin lượng tử: Phiên bản kỷ niệm 10 năm”. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. (2010).
https: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[26] Xinyu Tan, Fang Zhang, Rui Chao, Yaoyun Shi và Jianxin Chen. “Bộ giải mã mã bề mặt có thể mở rộng với khả năng song song hóa theo thời gian” (2022). arXiv:2209.09219.
arXiv: 2209.09219

[27] Luka Skoric, Dan E. Browne, Kenton M. Barnes, Neil I. Gillespie và Earl T. Campbell. “Giải mã cửa sổ song song cho phép tính toán lượng tử có khả năng chịu lỗi có thể mở rộng”. Truyền thông Thiên nhiên 14, 7040 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-42482-1

[28] Thủy Hồ. “Thuật toán giải mã thời gian tựa tuyến tính cho các mã tôpô có ngưỡng lỗi cao”. Luận án thạc sĩ. Đại học Công nghệ Delft. (2020).
https://​/​doi.org/​10.13140/​RG.2.2.13495.96162

[29] Oscar Higgott. “PyMatching: Gói Python để giải mã mã lượng tử với kết hợp hoàn hảo có trọng lượng tối thiểu”. Giao dịch ACM trên Điện toán lượng tử 3, 1–16 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[30] Yue Wu, Namitha Liyanage và Lin Zhong. “Giải thích bộ giải mã Union-Find trên đồ thị có trọng số” (2022). arXiv:2211.03288.
arXiv: 2211.03288

[31] Robert Endre Tarjan. “Hiệu quả của một thuật toán hợp tập hợp tuyến tính tốt nhưng không tuyến tính”. Tạp chí ACM 22, 215–225 (1975).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 321879.321884

[32] Shilin Huang, Michael Newman và Kenneth R. Brown. “Giải mã tìm kết hợp có trọng số có khả năng chịu lỗi trên mã toric”. Đánh giá vật lý 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 và M. Veldhorst. “Kết nối các qubit quay trong các chấm lượng tử và các nhà tài trợ—–nóng, dày đặc và kết hợp”. Thông tin lượng tử npj 3, 34 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038-y

[34] Andrew Richards. “Máy tính nghiên cứu nâng cao của Đại học Oxford”. (2015).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.22558

[35] Sam J. Griffiths và Dan E. Browne. “Union–find giải mã lượng tử mà không có union–find” (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 và Abbas B. Ziad. “Bộ giải mã thời gian thực, có thể mở rộng, nhanh và tiết kiệm tài nguyên cao cho máy tính lượng tử” (2023). arXiv:2309.05558.
arXiv: 2309.05558

[37] David S. Wang, Austin G. Fowler và Lloyd CL Hollenberg. “Điện toán lượng tử mã bề mặt có tỷ lệ lỗi trên 1%”. Đánh giá vật lý A 83, 020302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.020302

[38] Emanuel Knill. “Điện toán lượng tử với các thiết bị ồn ào thực tế”. Bản chất 434, 39–44 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên03350

[39] Oscar Higgott và Craig Gidney. “Sparse Blossom: sửa một triệu lỗi mỗi giây lõi bằng cách khớp trọng lượng tối thiểu” (2023). arXiv:2303.15933.
arXiv: 2303.15933

[40] Austin G. Fowler, Adam C. Whiteside và Lloyd CL Hollenberg. “Hướng tới xử lý cổ điển thực tế cho mã bề mặt: Phân tích thời gian”. Đánh giá vật lý A 86, 042313 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.042313

[41] Nhạc Vũ và Lâm Trung. “Fusion Blossom: Bộ giải mã MWPM nhanh cho QEC” (2023). arXiv:2305.08307.
arXiv: 2305.08307

Trích dẫn

[1] Sam J. Griffiths và Dan E. Browne, “Giải mã lượng tử tìm liên kết mà không tìm liên kết”, arXiv: 2306.09767, (2023).

[2] Asmae Benhemou, Kaavya Sahay, Lingling Lao, và Benjamin J. Brown, “Giảm thiểu lỗi mã bề mặt bằng cách sử dụng bộ giải mã mã màu”, arXiv: 2306.16476, (2023).

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2023 / 11-14 13:28:32). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.

Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2023 / 11-14 13:28:31: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2023 / 11-14-1183 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.

Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.

Dấu thời gian:

Thêm từ Tạp chí lượng tử