Abstraqt:通过抽象稳定器仿真分析量子电路

Abstraqt:通过抽象稳定器仿真分析量子电路

本杰明·比克塞尔、阿努克·帕拉迪斯、马克西米利安·巴德尔和马丁·维切夫

ETH苏黎世,瑞士

觉得本文有趣或想讨论? 在SciRate上发表评论或发表评论.

抽象

稳定器模拟可以有效地模拟仅由克利福德门组成的一类重要的量子电路。 然而,该模拟对任意量子电路(包括非 Clifford 门)的所有现有扩展都会受到指数运行时间的影响。
为了应对这一挑战,我们提出了一种新颖的方法,可以在任意量子电路上进行有效的稳定器模拟,但代价是损失精度。 我们的关键思想是将量子态的指数和表示压缩为单个 $abstract$ 被加数,覆盖(至少)所有出现的被加数。 这使我们能够引入一个$textit{抽象稳定器模拟器}$,它通过$过度近似$电路操作的效果(包括克利福德门、非克利福德门和(内部)测量)来有效地操纵抽象被加数。
我们在名为 Abstraqt 的工具中实现了抽象模拟器,并通过实验证明 Abstraqt 可以建立现有技术难以处理的电路属性。

►BibTeX数据

►参考

[1] 丹尼尔·戈特斯曼. “量子计算机的海森堡表示”。 技术报告 arXiv:quant-ph/​9807006。 arXiv (1998)。
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/9807006
arXiv:quant-ph / 9807006

[2] 斯科特·阿伦森和丹尼尔·戈特斯曼。 “改进的稳定器电路仿真”。 物理评论 A 70, 052328 (2004)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328

[3] 罗伯特·兰德、阿尔蒂·桑达拉姆、卡蒂克·辛哈尔和布拉德·莱基。 “将 Gottesman 类型扩展到克利福德群体之外”。 第二届国际量子计算编程语言研讨会 (PLanQC 2021)。 (2021)。 网址: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] 亚历克斯·基辛格和约翰·范德韦特林。 “用 ZX 微积分模拟量子电路减少稳定剂分解”。 量子科学与技术 7, 044001 (2022)。
https:/​/​doi.org/​10.1088/​2058-9565/​ac5d20

[5] 谢尔盖·布拉维、丹·布朗、帕德里克·卡尔平、厄尔·坎贝尔、大卫·戈塞特和马克·霍华德。 “通过低阶稳定器分解模拟量子电路”。 量子 3, 181 (2019)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-181

[6] 哈科普·帕沙扬 (Hakop Pashayan)、奥利弗·里尔登-史密斯 (Oliver Reardon-Smith)、卡米尔·科泽夸 (Kamil Korzekwa) 和斯蒂芬·D·巴特利特 (Stephen D. Bartlett)。 “快速估计量子电路的结果概率”。 PRX 量子 3, 020361 (2022)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.020361

[7] “具有部分和图形稳定器分解的量子电路的经典模拟”。 Schloss Dagstuhl – 莱布尼茨信息中心 (2022)。
https://doi.org/10.4230/LIPICS.TQC.2022.5

[8] 帕特里克·库索和拉迪亚·库索。 “抽象解释:通过构造或近似不动点对程序进行静态分析的统一格模型”。 第四届 ACM SIGACT-SIGPLAN 编程语言原理研讨会论文集。 第 4-238 页。 POPL '252 美国纽约州纽约 (77)。 ACM。
https:/ / doi.org/10.1145/ 512950.512973

[9] 帕特里克·库索和拉迪亚·库索。 “抽象解释框架”。 逻辑与计算杂志 2, 511–547 (1992)。
https://doi.org/10.1093/logcom/2.4.511

[10] 布鲁诺·布兰切特、帕特里克·库索、拉迪亚·库索、杰罗姆·费雷、洛朗·莫博涅、安托万·米内、大卫·蒙尼奥克斯和泽维尔·里瓦尔。 “大型安全关键软件的静态分析器”。 ACM SIGPLAN 公告 38, 196–207 (2003)。
https:/ / doi.org/10.1145/ 780822.781153

[11] 弗朗西斯科·洛戈佐和曼努埃尔·法恩德里奇。 “五边形:用于有效验证数组访问的弱关系抽象域”。 计算机编程科学 75, 796–807 (2010)。
https://doi.org/10.1016/j.scico.2009.04.004

[12] 蒂蒙·格尔、马修·米尔曼、达纳·德拉克斯勒-科恩、佩塔尔·赞科夫、斯瓦拉特·乔胡里和马丁·韦切夫。 “AI2:具有抽象解释的神经网络的安全性和鲁棒性认证”。 2018 年 IEEE 安全与隐私研讨会(SP)。 第 3-18 页。 加利福尼亚州旧金山(2018)。 IEEE。
https://doi.org/10.1109/SP.2018.00058

[13] Michael A. Nielsen 和 Isaac L. Chuang。 “量子计算与量子信息:10 周年纪念版”。 剑桥大学出版社。 (2010)。
https:/ / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[14] Gadi Aleksandrowicz、Thomas Alexander、Panagiotis Barkoutsos、Luciano Bello、Yael Ben-Haim、David Bucher、Francisco Jose Cabrera-Hernández、Jorge Carballo-Franquis、Adrian Chen、Chun-Fu Chen、Jerry M. Chow、Antonio D. Córcoles-Gonzales阿比盖尔·J·克罗斯、安德鲁·克罗斯、胡安·克鲁斯-贝尼托、克里斯·卡尔弗、萨尔瓦多·德拉普恩特·冈萨雷斯、恩里克·德拉托雷、德尔顿·丁、尤金·杜米特雷斯库、伊万·杜兰、彼得·埃恩德巴克、马克·埃弗里特、伊斯梅尔·法罗·塞塔奇、阿尔伯特·弗里施、安德烈亚斯·富勒、杰伊·甘贝塔、博尔哈·戈多伊·加戈、胡安·戈麦斯-莫斯克拉、唐尼·格林伯格、浜村一子、Vojtech Havlicek、Joe Hellmers、Łukasz Herok、Hiroshi Horii、胡绍瀚、今道隆、伊藤子利成、阿里·贾瓦迪·阿卜哈里、金泽直树、安东·卡拉泽夫、凯文·科苏里奇、刘鹏、杨陆、孟允浩、马诺埃尔·马克斯、弗朗西斯科·何塞·马丁-费尔南德斯、道格拉斯·T·麦克卢尔、大卫·麦凯、Srujan Meesala、安东尼奥·梅扎卡波、尼古拉·莫尔、迭戈·莫雷达·罗德里格斯、贾科莫·南尼奇尼、Paul Nation , Pauline Ollitrault, Lee James O'Riordan, Hanhee Paik, Jesús Pérez, Anna Phan, Marco Pistoia, Viktor Prutyanov, Max Reuter, Julia Rice, Abdón Rodríguez Davila, Raymond Harry Putra Rudy, Mingi Ryu, Ninad Sathaye, Chris Schnabel, Eddie Schoute、Kanav Setia、Yunong Shi、Adenilton Silva、Yukio Siraichi、Seyon Sivarajah、John A. Smolin、Mathias Soeken、Hitomi Takahashi、Ivano Tavernelli、Charles Taylor、Pete Taylor、Kenso Trabing、Matthew Treinish、Wes Turner、Desiree Vogt-Lee 、克里斯托弗·威洛特、乔纳森·A·维尔斯特罗姆、杰西卡·威尔逊、埃里克·温斯顿、克里斯托弗·伍德、斯蒂芬·伍德、斯特凡·沃尔纳、伊斯梅尔·尤努斯·阿哈尔瓦亚和克里斯塔·祖法尔。 “Qiskit:量子计算的开源框架”(2019)。

[15] 查尔斯·R·哈里斯、K·贾罗德·米尔曼、斯特凡·J·范德沃尔特、拉尔夫·戈默斯、保利·维尔塔宁、大卫·库纳波、埃里克·维瑟、朱利安·泰勒、塞巴斯蒂安·伯格、纳撒尼尔·J·史密斯、罗伯特·科恩、马蒂·皮库斯、斯蒂芬·霍耶、马丁H. van Kerkwijk、Matthew Brett、Allan Haldane、Jaime Fernández del Río、Mark Wiebe、Pearu Peterson、Pierre Gérard-Marchant、Kevin Sheppard、Tyler Reddy、Warren Weckesser、Hameer Abbasi、Christoph Gohlke 和 Travis E. Oliphant。 “使用 NumPy 进行数组编程”。 自然 585, 357–362 (2020)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-020-2649-2

[16] 萧君林、安托万·皮特鲁和斯坦利·塞伯特。 “Numba:基于 LLVM 的 Python JIT 编译器”。 第二届 HPC 中的 LLVM 编译器基础设施研讨会论文集。 第 1-6 页。 LLVM '15美国纽约州纽约(2015)。 计算机器协会。
https:/ / doi.org/10.1145/ 2833157.2833162

[17] 克雷格·吉德尼. “Stim:快速稳定器电路模拟器”。 量子 5, 497 (2021)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-06-497

[18] 亨利·S·沃伦。 “黑客的乐趣”。 艾迪生-韦斯利专业人士。 (2012)。 第二版。
https:/ / doi.org/10.5555/ 2462741

[19] 亚历克斯·基辛格和约翰·范德韦特林。 “PyZX:大规模自动图解推理”。 Bob Coecke 和 Matthew Leifer,编辑,第 16 届量子物理与逻辑国际会议论文集,美国加利福尼亚州奥兰治查普曼大学,10 年 14 月 2019-318 日。《理论计算机科学电子论文集》第 229 卷,第 241-2020 页。 开放出版协会(XNUMX)。
https:/ / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.318.14

[20] 马修·艾米. “迈向通用量子电路的大规模功能验证”。 理论计算机科学电子论文集 287, 1–21 (2019)。
https:/ / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.287.1

[21] 于能昆和詹斯·帕尔斯伯格。 “量子抽象解释”。 第 42 届 ACM SIGPLAN 国际编程语言设计与实现会议论文集。 第 542-558 页。 PLDI 2021美国纽约州纽约(2021)。 计算机器协会。
https:/ / doi.org/10.1145/ 3453483.3454061

[22] 安托万·米内. “弱关系数值抽象域”。 博士论文(2004)。 网址:https://www-apr.lip6.fr/我的/这些/这些-color.pdf。
https://www-apr.lip6.fr/~我的/这些/这些-color.pdf

[23] 西蒙·佩德里克斯。 “基于抽象解释的量子纠缠分析”。 第 15 届国际静态分析研讨会论文集。 第 270-282 页。 SAS '08 柏林、海德堡 (2008)。 施普林格出版社。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-540-69166-2_18

[24] 本田健太郎. “使用稳定器形式主义分析量子程序中的量子纠缠”。 理论计算机科学电子论文集 195 (2015)。
https:/ / doi.org/ 10.4204 / EPTCS.195.19

[25] 凯莎·希塔拉、罗伯特·兰德、洪诗涵、李丽怡和迈克尔·希克斯。 “证明量子程序的正确性”。 莱布尼茨国际信息学学报 (LIPIcs) 193, 21:1–21:19 (2021)。
https://doi.org/10.4230/LIPIcs.ITP.2021.21

[26] 克里斯托夫·查尔顿、塞巴斯蒂安·巴尔丁、弗朗索瓦·博博特、瓦伦丁·佩雷尔和伯努瓦·瓦利龙。 “用于电路构建量子程序的自动演绎验证框架”。 在编程语言和系统中。 第 148-177 页。 施普林格国际出版(2021)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-3-030-72019-3_6

[27] 应明生、应胜刚、吴晓迪。 “量子程序的不变量:特征和生成”。 信号计划 没有。 52, 818–832 (2017)。
https:/ / doi.org/10.1145/ 3093333.3009840

被引用

无法获取 Crossref引用的数据 在上一次尝试2023-11-20 15:19:03期间:无法从Crossref获取10.22331 / q-2023-11-20-1185的引用数据。 如果DOI是最近注册的,这是正常的。 上 SAO / NASA广告 找不到有关引用作品的数据(上一次尝试2023-11-20 15:19:04)。

时间戳记:

更多来自 量子杂志