使用基于泡利的计算的量子电路编译和混合计算

使用基于泡利的计算的量子电路编译和混合计算

时间戳：3 年 2023 月 10 日上午 58:XNUMX

菲利帕·CR·佩雷斯1,2 和 埃内斯托·加尔旺1,3

1国际伊比利亚纳米技术实验室 (INL)，Av. Mestre José Veiga, 4715-330 布拉加, 葡萄牙
2Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, rua do Campo Alegre s/n, 4169–007 波尔图, 葡萄牙
3Instituto de Física, Universidade Federal Fluminense, Avenida General Milton Tavares de Souza s/n, Niterói, Rio de Janeiro 24210-340, Brazil

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抽象

基于泡利的计算 (PBC) 由一系列自适应选择的泡利可观测量的非破坏性测量驱动。 任何用 Clifford+$T$ 门集编写并具有 $t$ $T$ 门的量子电路都可以编译成 $t$ 量子位上的 PBC。 在这里，我们提出了将 PBC 实现为自适应量子电路的实用方法，并提供了执行所需的经典副处理的代码。 我们的方案将量子门的数量减少到 $O(t^2)$（从之前的 $O(t^3 / log t)$ 缩放），并讨论了空间/时间权衡，从而减少了在我们的方案中，深度从 $O(t log t)$ 到 $O(t)$，代价是 $t$ 额外的辅助量子位。 我们将随机和隐位移量子电路的示例编译为自适应 PBC 电路。 我们还模拟混合量子计算，其中经典计算机有效地将小型量子计算机的工作内存扩展了 $k$ 虚拟量子位，成本指数为 $k$。 我们的结果证明了 PBC 技术在电路编译和混合计算方面的实际优势。

使用基于泡利的计算柏拉图区块链数据智能进行量子电路编译和混合计算。垂直搜索。人工智能。

特色图片：在基于泡利的计算 (PBC) 中，计算由一系列最多 $t$ 自适应选择、兼容且独立的多量子位泡利测量驱动，这些测量在 $t$ 量子位的输入魔法状态上执行 [顶部] 。
这样的 PBC 可以转换回（自适应）量子电路，每个泡利测量都是通过适当的克利福德门序列执行的，然后是单量子位测量[底部]。 我们提出了三种不同的方法来实现从 PBC 到量子电路的转换； 这张图片仅展示了其中的第一个。
可以探索这些想法来执行电路编译和混合计算。

[嵌入的内容]

热门摘要

大规模、容错的量子计算机有望解决传统计算机无法完成的任务。 这种诱人的前景推动了量子信息和量子计算领域的许多最新研究。
不幸的是，当前设备的功能仍然受到一定程度的限制。 因此，我们需要智能方案来用经典资源换取量子资源。 在我们的工作中，我们探索了一种通用的量子计算模型，称为基于泡利的计算。 我们证明该模型可用于编译以 Clifford 门为主的量子电路，在许多情况下证明了有益的量子资源节省。 我们还描述了混合量子经典计算的效率提升，其中两种类型的计算机一起工作来模拟更大的量子设备。 我们的论文附有开放访问的 Python 代码，允许用户在使用通用 Clifford+$T$ 门集描述的任意用户指定电路上执行编译和混合计算。
我们希望我们的工作与近期和中期应用相关，而且从长远来看，因为即使在实现容错量子计算之后，量子资源的优化也应该引起人们的兴趣。

►BibTeX数据

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