Google DeepMind
CQIF، DAMTP، دانشگاه کمبریج، انگلستان
این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.
چکیده
آماده‌سازی حالت کوانتومی یک عنصر مهم برای سایر الگوریتم‌های کوانتومی سطح بالاتر، مانند شبیه‌سازی همیلتونی، یا برای بارگذاری توزیع‌ها در یک دستگاه کوانتومی است که به عنوان مثال در زمینه وظایف بهینه‌سازی مانند یادگیری ماشین استفاده می‌شود. با شروع با یک روش "جعبه سیاه" عمومی که توسط گروور در سال 2000 ابداع شد، که از تقویت دامنه برای ضرایب بار محاسبه شده توسط اوراکل استفاده می کند، یک سری طولانی از نتایج و پیشرفت ها با شرایط اضافی مختلف در دامنه های بارگذاری شده به دست آمده است. کار سندرز و همکاران که تقریباً از تمام محاسبات در مرحله آماده سازی اجتناب می کنند.
در این کار، ما یک طرح بارگذاری حالت جعبه سیاه بهینه‌سازی می‌کنیم که با آن مجموعه‌های مهم مختلف ضرایب را می‌توان به طور قابل‌توجهی سریعتر از دورهای تقویت دامنه $O(sqrt N)$، تا تنها $O(1)$ بارگذاری کرد. ما با دو نوع الگوریتم خود به این امر دست پیدا می کنیم. اولین مورد از اصلاح اوراکل از سندرز و همکاران استفاده می‌کند، که به انسیل‌های کمتری نیاز دارد ($log_2 g$ در مقابل $g+2$ در دقت بیت $g$)، و عملیات غیرکلیفورد کمتری در هر دور تقویت دامنه در محدوده زمینه الگوریتم ما دومی از همان اوراکل استفاده می‌کند، اما با هزینه کمی افزایش یافته از نظر ancillas ($g+log_2g$) و عملیات غیرکلیفورد در هر دور تقویت. از آنجایی که تعداد دورهای تقویت دامنه به عنوان ضریب ضربی وارد می شود، طرح بارگذاری حالت جعبه سیاه ما در مقایسه با روش های قبلی، سرعتی تا نمایی را ایجاد می کند. این افزایش سرعت فراتر از جعبه سیاه است.
خلاصه محبوب
در این کار، با کاهش قابل توجه تعداد پرس‌و‌جوهای ضروری در جعبه سیاه، روال میزبان را بهبود می‌بخشیم، و سرعتی تا نمایی را به دست می‌آوریم - طبیعتاً بسته به داده‌هایی که باید بارگذاری شوند، اما نتایج برای طیف گسترده‌ای از موارد واقعی حفظ می‌شود. مجموعه داده ها یا توزیع های مورد علاقه ما همچنین یک زیربرنامه جعبه سیاه خاص را طراحی می‌کنیم که به‌خوبی با طرح بارگذاری داده‌های میزبان ما کار می‌کند که بیشتر سربار کیوبیت و گیت مورد نیاز را کاهش می‌دهد.
► داده های BibTeX
◄ مراجع
[1] Lov K. Grover "Synthesis of Quantum Superpositions by Quantum Computation" Physical Review Letters 85، 1334-1337 (2000).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.1334
[2] Yuval R. Sanders، Guang Hao Low، Artur Scherer و Dominic W. Berry، نامه‌های مروری فیزیکی «آماده‌سازی حالت کوانتومی جعبه سیاه بدون حساب» 122، 020502 (2019).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.020502
[3] آرام دبلیو هارو، آوینتان حسیدیم، و ست لوید، "الگوریتم کوانتومی برای سیستم های خطی معادلات" نامه های بازنگری فیزیکی 103، 150502 (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.150502
arXiv: 0811.3171
[4] جولیا کمپ "پیاده روی تصادفی کوانتومی - مروری مقدماتی" فیزیک معاصر 44، 307-327 (2003).
https://doi.org/10.1080/00107151031000110776
arXiv: 0303081
[5] Miklos Santha "الگوریتم های جستجوی مبتنی بر راه رفتن کوانتومی" نظریه و کاربردهای مدل های محاسبات 31-46 (2008).
https://doi.org/10.1007/978-3-540-79228-4_3
http://link.springer.com/10.1007/978-3-540-79228-4%7B%5C_%7D3
[6] دومینیک دبلیو. بریاند اندرو ام. چایلدز "شبیه سازی همیلتونی جعبه سیاه و اجرای واحد" (2009).
https://doi.org/10.26421/QIC12.1-2
arXiv: 0910.4157
[7] فرناندو جی اس ال برنداو، امیر کالف، تونگ یانگ لی، سدریک ین یو لین، کریستا ام. سوور، و شیائودی وو، «حل‌کننده‌های کوانتومی SDP: سرعت‌های بزرگ، بهینه‌سازی، و کاربردها برای یادگیری کوانتومی» ICALP 2019 (2017).
https://doi.org/10.4230/LIPIcs.ICALP.2019.27
arXiv: 1710.02581
[8] سرگئی براوی، الکساندر کلیش، رابرت کونیگ و یوجین تانگ، «موانع برای آماده‌سازی حالت و بهینه‌سازی متغیر از حفاظت از تقارن» (2019).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.260505
arXiv: 1910.08980
[9] دومینیک دبلیو بری، اندرو ام. چایلدز و رابین کوتاری، "شبیه سازی همیلتونی با وابستگی تقریباً بهینه به همه پارامترها" (2015).
https://doi.org/10.1109/FOCS.2015.54
arXiv: 1501.01715
[10] N Cody Jones، James D. Whitfield، Peter L. McMahon، Man-Hong Yung، Rodney Van Meter، Alán Aspuru-Guzik و Yoshihisa Yamamoto، "شبیه سازی سریعتر شیمی کوانتومی در کامپیوترهای کوانتومی متحمل خطا" مجله جدید فیزیک 14، 115023 (2012).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/115023
arXiv: 1204.0567
[11] Andrei N. Soklakovand Rüdiger Schack "آماده سازی حالت کارآمد برای ثبت بیت های کوانتومی" بررسی فیزیکی A 73, 012307 (2006).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.73.012307
[12] Martin Pleschand Časlav Brukner "آماده سازی حالت کوانتومی با تجزیه های دروازه جهانی" بررسی فیزیکی A 83, 032302 (2011).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.83.032302
arXiv: 1003.5760
[13] Mikko Mottonen، Juha J. Vartiainen، Ville Bergholm، and Martti M. Salomaa، "تبدیل حالات کوانتومی با استفاده از چرخش های یکنواخت کنترل شده" Quant. Inf. Comp. 5, 467 (2004).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0407010
arXiv: 0407010
[14] Israel F. Araujo، Daniel K. Park، Francesco Petruccione و Adenilton J. da Silva، "الگوریتم تقسیم و غلبه برای آماده سازی حالت کوانتومی" (2020).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-85474-1
arXiv: 2008.01511
[15] Lov Groverand Terry Rudolph "ایجاد برهم نهی هایی که مطابق با توزیع های احتمال کارآمد قابل ادغام هستند" (2002).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0208112
arXiv: 0208112
[16] اندرو ام. چایلدز "درباره رابطه بین راه رفتن کوانتومی زمان پیوسته و گسسته" ارتباطات در فیزیک ریاضی 294، 581-603 (2009).
https://doi.org/10.1007/s00220-009-0930-1
[17] کریستا زوفال، اورلین لوچی و استفان وورنر، «شبکه‌های متخاصم مولد کوانتومی برای یادگیری و بارگذاری توزیع‌های تصادفی» npj اطلاعات کوانتومی (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0223-2
arXiv: 1904.00043
[18] Michael A. Nielsenand Isaac L. Chuang "محاسبات کوانتومی و اطلاعات کوانتومی" انتشارات دانشگاه کمبریج (2010).
https://doi.org/10.1017/CBO9780511976667
http://books.google.com/books?id=-s4DEy7o-a0C%7B%5C&%7Dpgis=1%20http://ebooks.cambridge.org/ref/id/CBO9780511976667
[19] Theodore J. Yoder، Guang Hao Low، و Isaac L. Chuang، "جستجوی کوانتومی نقطه ثابت با تعداد بهینه پرس و جو" نامه های بازبینی فیزیکی 113، 210501 (2014).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.210501
[20] استیون آ. کوکارو، توماس جی. دریپر، ساموئل آ. کوتین، و دیوید پتری مولتون، "مدار جمع کوانتومی موج دار جدید" (2004).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0410184
arXiv: 0410184
[21] کریگ گیدنی «نصف هزینه جمع کوانتومی» کوانتوم 2، 74 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-06-18-74
arXiv: 1709.06648
[22] یونگ هی، مینگ-زینگ لو، ای. ژانگ، هونگ-که وانگ، و شیائو-فنگ وانگ، "تجزیه دروازه های توفولی n-qubit با پیچیدگی مدار خطی" مجله بین المللی فیزیک نظری 56، 2350-2361 (2017).
https://doi.org/10.1007/s10773-017-3389-4
[23] John A. Smolinand David P. DiVincenzo "پنج دروازه کوانتومی دو بیتی برای اجرای دروازه کوانتومی فردکین کافی است" Physical Review A 53, 2855-2856 (1996).
https://doi.org/10.1103/PhysRevA.53.2855
[24] آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، فرانک آروت، کونال آریا، رایان بابوش، دیو بیکن، جوزف سی باردین، رامی بارندز، روپاک بیسواس، سرجیو بویکسو، فرناندو جی‌اس‌ال براندائو، دیوید آ. بوئل، برایان بورکت، یو چن، زیجون چن، بن کیارو، روبرتو کالینز، ویلیام کورتنی، اندرو دانسورث، ادوارد فرهی، بروکس فاکسن، آستین فاولر، کریگ گیدنی، ماریسا جوستینا، راب گراف، کیث گورین، استیو هابگر، متیو پی هریگان، مایکل جی هارتمن، آلن هو، مارکوس هافمن ترنت هوانگ، تراویس اس. هامبل، سرگئی وی. ایزاکوف، ایوان جفری، ژانگ جیانگ، دویر کافری، کوستیانتین کچججی، جولیان کلی، پل وی. کلیموف، سرگئی کنیش، الکساندر کوروتکوف، فدور کوستریتسا، دیوید لاندهویس، مایک لیندمارک، اریک لوسرو، دمیتری لیاخ، سالواتوره ماندرا، جارود آر. مک‌کلین، متیو مک ایون، آنتونی مگرنت، شیائو می، کریستل میکیلسن، مسعود محسنی، جاش موتوس، اوفر نعمان، متیو نیلی، چارلز نیل، مورفی یوژن نیو، پی اوزوکتوف، اریک جان سی پلات، کریس کوینتانا، النور جی ریفل، پدرام روشن، نیکلاسسی. روبین، دانیل سانک، کوین جی. ساتزینگر، وادیم اسملیانسکی، کوین جی سانگ، متیو دی. ترویتیک، آمیت واینسنچر، بنجامین ویلاونگا، تئودور وایت، ز. جیمی یائو، پینگ یه، آدام زالکمن، هارتموت نون، جان ام. مارتینیس، آزمایشگاه هوش مصنوعی کوانتومی گوگل، فرانک آروت، کونال آریا، رایان باببوش، دیو بیکن، جوزف سی. باردین، رامی بارندز، روپاک بیسواس، سرجیو بویکسو، فرناندو جی اس ال براندائو، دیوید آ. بوئل، برایان بورکت، یو چن، زیجون چن، بن کیارو، روبرتو کالینز، ویلیام کورتنی، اندرو دانسورث، ادوارد فرهی، بروکس فاکسن، آستین فاولر، کریگ گیدنی، ماریسا جوستینا، راب گراف، کیت گورین، استیو هابگر، متیو پی. هاریگان، مایکل جی هارتمن، آلن هو مارکوس هافمن، ترنت هوانگ، تراویس اس. هامبل، سرگئی وی. ایزاکوف، ایوان جفری، ژانگ جیانگ، دویر کافری، کوستیانتین کچججی، جولیان کلی، پل وی. لیندمارک، اریک لوسرو، دیمیتری لیاخ، سالواتوره ماندرا، جارود آر. مک‌کلین، متیو مک اوون، آنتونی مگران تی، شیائو می، کریستل میچیلسن، مسعود محسنی، جاش موتوس، اوفر نعمان، متیو نیلی، چارلز نیل، مورفی یوژن نیو، اریک اوستبی، آندره پتوخوف، جان سی. پلات، کریس کوئینتانا، النور جی ریفل، پدرام روشن، نیکلاس سی. روبین، دانیل سانک، کوین جی. ساتزینگر، وادیم اسملیانسکی، کوین جی سانگ، متیو دی. ترویتیک، آمیت واینسنچر، بنجامین ویلانگا، تئودور وایت، ز. جیمی یائو، پینگ یه، آدام زالکمن، هارتموت نون و جان M. Martinis، "برتری کوانتومی با استفاده از یک پردازنده ابررسانا قابل برنامه ریزی" Nature 574، 505-510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5
http://www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5
[25] اشلی مونتانارو "جستجوی کوانتومی با مشاوره" 1-14 (2009).
arXiv: 0908.3066
ذکر شده توسط
[1] Kouhei Nakaji، Shumpei Uno، Yohichi Suzuki، Rudy Raymond، Tamiya Onodera، Tomoki Tanaka، Hiroyuki Tezuka، Naoki Mitsuda و Naoki Yamamoto، "رمزگذاری دامنه تقریبی در شاخص های بازار مالی پارامتری کم عمق"، و کاربرد آن برای تحقیقات مروری فیزیکی 4 2، 023136 (2022).
[2] Weiwen Jiang، Jinjun Xiong، و Yiyu Shi، "یک چارچوب طراحی مشترک از شبکه های عصبی و مدارهای کوانتومی به سمت مزیت کوانتومی". Nature Communications 12، 579 (2021).
[3] ولادیمیر وارگاس کالدرون، فابیو آ. گونزالز، و هربرت وینک پوسادا، "طبقه بندی و تخمین چگالی بدون بهینه سازی با مدارهای کوانتومی"، arXiv: 2203.14452.
[4] گابریل مارین-سانچز، خاویر گونزالس-کوند، و میکل سانز، "الگوریتم های کوانتومی برای بارگذاری تابع تقریبی"، arXiv: 2111.07933.
[5] Shengbin Wang، Zhimin Wang، Guolong Cui، Lixin Fan، Shangshang Shi، Ruimin Shang، Wendong Li، Zhiqiang Wei، و Yongjian Gu، "حساب دامنه کوانتومی"، arXiv: 2012.11056.
[6] B. David Clader، Alexander M. Dalzell، Nikitas Stamatopoulos، Grant Salton، Mario Berta و William J. Zeng، "منابع کوانتومی مورد نیاز برای رمزگذاری ماتریسی از داده های کلاسیک". arXiv: 2206.03505.
[7] M. Yu Kirillin, AV Priezzhev, J. Hast, and Risto Myllylä, "کاربردهای لیزر و موضوعات دیگر در الکترونیک کوانتومی: شبیه سازی مونت کارلو پاکسازی نوری کاغذ در توموگرافی انسجام نوری". Quantum Electronics 36 2, 174 (2006).
[8] Shengbin Wang، Zhimin Wang، Guolong Cui، Shangshang Shi، Ruimin Shang، Lixin Fan، Wendong Li، Zhiqiang Wei، و Yongjian Gu، "آماده سازی حالت کوانتومی جعبه سیاه سریع بر اساس ترکیب خطی واحدها". پردازش اطلاعات کوانتومی 20 8، 270 (2021).
[9] رائول هیز، پاتریشیا بیکرت، و آسترید الیزا نیدرل، "بازنمایی درختان طبقه بندی باینری با ویژگی های باینری توسط مدارهای کوانتومی". arXiv: 2108.13207.
[10] Weiwen Jiang، Jinjun Xiong، و Yiyu Shi، "وقتی یادگیری ماشین با کامپیوترهای کوانتومی ملاقات می کند: یک مطالعه موردی"، arXiv: 2012.10360.
[11] Tiago ML de Veras، Leon D. da Silva و Adenilton J. da Silva، "آماده سازی حالت کوانتومی پراکنده دوگانه"، پردازش اطلاعات کوانتومی 21 6، 204 (2022).
[12] DA Zimnyakov، LV Kuznetsova، OV Ushakova، و Risto Myllylä، "مسئله ویژه اختصاص داده شده به پراکندگی پرتوهای متعدد در محیط های تصادفی: در مورد تخمین پارامترهای نوری موثر رسانه های فیبریلار بسته بندی شده". Quantum Electronics 37 1, 9 (2007).
[13] Shengbin Wang، Zhimin Wang، Runhong He، Guolong Cui، Shangshang Shi، Ruimin Shang، Jiayun Li، Yanan Li، Wendong Li، Zhiqiang Wei و Yongjian Gu، "آماده سازی حالت کوانتومی جعبه سیاه با ضرایب معکوس". arXiv: 2112.05937.
نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2022-08-04 12:34:11). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.
واکشی نشد داده های استناد شده متقاطع در آخرین تلاش 2022-08-04 12:34:09: داده های استناد شده برای 10.22331/q-2022-08-04-773 از Crossref دریافت نشد. اگر DOI اخیراً ثبت شده باشد، طبیعی است.
این مقاله در Quantum تحت عنوان منتشر شده است Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) مجوز. حق چاپ نزد دارندگان حق چاپ اصلی مانند نویسندگان یا مؤسسات آنها باقی می ماند.
