Google DeepMind
CQIF, DAMTP, Cambridgen yliopisto, Iso-Britannia
Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.
Abstrakti
Kvanttitilan valmistelu on tärkeä ainesosa muissa korkeamman tason kvanttialgoritmeissa, kuten Hamiltonin simulaatiossa, tai jakaumien lataamisessa kvanttilaitteeseen käytettäväksi esim. optimointitehtävien, kuten koneoppimisen, yhteydessä. Alkaen Groverin vuonna 2000 suunnittelemasta yleisestä "mustan laatikon" menetelmästä, jossa käytetään amplitudin vahvistusta oraakkelin laskemiin kuormituskertoimiin, on saatu pitkä sarja tuloksia ja parannuksia ladattaviin amplitudeihin liittyvillä lisäehdoilla, mikä huipentuu Sandersin ym. työ, jossa vältetään lähes kaikki aritmetiikka valmisteluvaiheessa.
Tässä työssä rakennamme optimoidun mustan laatikon tilan latauskaavion, jolla erilaisia tärkeitä kerroinjoukkoja voidaan ladata huomattavasti nopeammin kuin $O(sqrt N)$ amplitudivahvistuskierroksilla, jopa $O(1)$ monta. Saavutamme tämän kahdella algoritmimme muunnelmalla. Ensimmäinen käyttää Sandersin et al.:n oraakkelin modifikaatiota, joka vaatii vähemmän aputoimintoja ($log_2 g$ vs $g+2$ bittitarkkuudella $g$) ja vähemmän ei-Clifford-operaatioita amplitudin vahvistuskierrosta kohti algoritmimme kontekstissa. Toinen käyttää samaa oraakkelia, mutta hieman korkeammalla hinnalla lisätoimintojen ($g+log_2g$) ja ei-Clifford-operaatioiden osalta vahvistuskierrosta kohti. Kun amplitudivahvistuskierrosten lukumäärä tulee kertovaksi tekijäksi, mustan laatikon tilan latauskaaviomme tuottaa jopa eksponentiaalisen nopeuden verrattuna aikaisempiin menetelmiin. Tämä nopeuttaminen tarkoittaa mustaa laatikkoa pidemmälle.
Suosittu yhteenveto
Tässä työssä parannamme isäntärutiinia vähentämällä merkittävästi mustaan laatikkoon tehtävien kyselyiden määrää, mikä mahdollistaa jopa eksponentiaalisen nopeuden – luonnollisesti riippuen ladattavasta tiedosta, mutta tulokset pätevät monenlaisille realistisille kiinnostavat tietojoukot tai jakaumat. Suunnittelemme lisäksi erityisen mustan laatikon aliohjelman, joka on räätälöity toimimaan erityisen hyvin isäntädatan latausjärjestelmämme kanssa, mikä edelleen vähentää vaadittua kubitin ja portin lisäkustannuksia.
► BibTeX-tiedot
► Viitteet
[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 ja Dominic W. Berry, "Black-Box Quantum State Preparation without Arithmetic" Physical Review Letters 122, 020502 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.020502
[3] Aram W. Harrow, Avinatan Hassidim ja Seth Lloyd, "Quantum Algorithm for Linear Systems of Equations" Physical Review Letters 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
arXiv: 0811.3171
[4] Julia Kempe "Kvanttisatunnaiset kävelyt – johdanto" Contemporary Physics 44, 307–327 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / +00107151031000110776
arXiv: 0303081
[5] Miklos Santha "Kvanttikävelypohjaiset hakualgoritmit" Laskentamallien teoria ja sovellukset 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] Dominic W. Berryand Andrew M. Childs "Black-box Hamiltonin simulaatio ja yhtenäinen toteutus" (2009).
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC12.1-2
arXiv: 0910.4157
[7] Fernando GSL Brandão, Amir Kalev, Tongyang Li, Cedric Yen-Yu Lin, Krysta M. Svore ja Xiaodi Wu, "Quantum SDP Solvers: Large Speed-ups, Optimality, and Applications to Quantum Learning" ICALP 2019 (2017).
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.27
arXiv: 1710.02581
[8] Sergey Bravyi, Alexander Kliesch, Robert Koenig ja Eugene Tang, "Obstacles to State Preparation and Variational Optimization from Symmetry Protection" (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.260505
arXiv: 1910.08980
[9] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs ja Robin Kothari, "Hamiltonin simulaatio lähes optimaalisella riippuvuudella kaikista parametreista" (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 ja Yoshihisa Yamamoto, "Faster quantum Chemistry simulation on fault tolerant quantum computers" New Journal of Physics 14, 115023 (2012).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/115023
arXiv: 1204.0567
[11] Andrei N. Soklakovand Rüdiger Schack "Tehokas tilavalmistelu kvanttibittien rekisterille" Physical Review A 73, 012307 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.012307
[12] Martin Pleschand Časlav Brukner "Kvanttitilavalmistelu yleisten porttien hajotteluilla" Physical Review A 83, 032302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032302
arXiv: 1003.5760
[13] Mikko Mottonen, Juha J. Vartiainen, Ville Bergholm, ja Martti M. Salomaa, "Kvanttitilojen muunnos tasaisesti ohjatuilla rotaatioilla" 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 ja Adenilton J. da Silva, "A hajoa ja hallitse -algoritmi kvanttitilan valmisteluun" (2020).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-85474-1
arXiv: 2008.01511
[15] Lov Groverand Terry Rudolph "Tehokkaasti integroitavia todennäköisyysjakaumia vastaavien superpositioiden luominen" (2002).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0208112
arXiv: 0208112
[16] Andrew M. Childs "Jatkuvan ja diskreetin ajan kvanttikävelyn välisestä suhteesta" Communications in Mathematical Physics 294, 581–603 (2009).
https://doi.org/10.1007/s00220-009-0930-1
[17] Christa Zoufal, Aurélien Lucchi ja Stefan Woerner, "Quantum Generative Adversarial Networks for learning and loading satunnaisjakaumia" npj Quantum Information (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0223-2
arXiv: 1904.00043
[18] Michael A. Nielsenand Isaac L. Chuang "Kvanttilaskenta ja kvanttitieto" Cambridge University Press (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 ja Isaac L. Chuang, "Kvanttihaku kiinteästä pisteestä optimaalisella määrällä kyselyitä" Physical Review Letters 113, 210501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.210501
[20] Steven A. Cuccaro, Thomas G. Draper, Samuel A. Kutin ja David Petrie Moulton, "Uusi kvanttiripple-carry additiopiiri" (2004).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0410184
arXiv: 0410184
[21] Craig Gidney "Kvanttilisäyksen kustannusten puolittaminen" Quantum 2, 74 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-06-18-74
arXiv: 1709.06648
[22] Yong He, Ming-Xing Luo, E. Zhang, Hong-Ke Wang ja Xiao-Feng Wang, "Decompositions of n-qubit Toffoli Gates with Linear Circuit Complexity" International Journal of Theoretical Physics 56, 2350–2361 (2017).
https://doi.org/10.1007/s10773-017-3389-4
[23] John A. Smolinand David P. DiVincenzo "Viisi kaksibittistä kvanttiporttia riittää toteuttamaan kvantti-Fredkin-portin" Physical Review A 53, 2855–2856 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2855
[24] Quantum AI Lab Google, Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, Fernando GSL Brandao, David A. Buell, Brian Burkett, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Brooks Foxen, Austin Fowler, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Keith Guerin, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Michael J. Hartmann, Alan Ho, Markus Hoffmann , Trent Huang, Travis S. Humble, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Paul V. Klimov, Sergey Knysh, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Mike Lindmark, Erik Lucero, Dmitry Lyakh, Salvatore Mandrà, Jarrod R. McClean, Matthew McEwen, Anthony Megrant, Xiao Mi, Kristel Michielsen, Masoud Mohseni, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Murphy Yuezhen Niu, Petukho Ostby, Andre John C. Platt, Chris Quintana, Eleanor G. Rieffel, Pedram Roushan, NicholasC. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Kevin J. Sung, Matthew D. Trevithick, Amit Vainsencher, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Adam Zalcman, Hartmut Neven, John M . Martinis, Quantum AI Lab Google, Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Rupak Biswas, Sergio Boixo, Fernando GSL Brandao, David A. Buell, Brian Burkett, Yu Chen, Zijun Chen, Ben Chiaro, Roberto Collins, William Courtney, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Brooks Foxen, Austin Fowler, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Keith Guerin, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Michael J. Hartmann, Alan Ho , Markus Hoffmann, Trent Huang, Travis S. Humble, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Paul V. Klimov, Sergey Knysh, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Mike Lindmark, Erik Lucero, Dmitry Lyakh, Salvatore Mandrà, Jarrod R. McClean, Matthew McEwen, Anthony Megran t, Xiao Mi, Kristel Michielsen, Masoud Mohseni, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Murphy Yuezhen Niu, Eric Ostby, Andre Petukhov, John C. Platt, Chris Quintana, Eleanor G. Rieffel, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Kevin J. Sung, Matthew D. Trevithick, Amit Vainsencher, Benjamin Villalonga, Theodore White, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Adam Zalcman, Hartmut Neven ja John M. Martinis, "Kvanttiylivalta ohjelmoitavalla suprajohtavalla prosessorilla" Nature 574, 505–510 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1666-5
http:///www.nature.com/articles/s41586-019-1666-5
[25] Ashley Montanaro "Kvanttihaku neuvoilla" 1–14 (2009).
arXiv: 0908.3066
Viitattu
[1] Kouhei Nakaji, Shumpei Uno, Yohichi Suzuki, Rudy Raymond, Tamiya Onodera, Tomoki Tanaka, Hiroyuki Tezuka, Naoki Mitsuda ja Naoki Yamamoto, "Likimääräinen amplitudikoodaus matalassa parametroidussa kvanttimarkkina-indikaattorissa" ja sen sovellus rahoitusmarkkinoiden piiriin Fyysisen tarkastelun tutkimus 4 2, 023136 (2022).
[2] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong ja Yiyu Shi, "Neuroverkkojen ja kvanttipiirien yhteissuunnittelukehys kohti kvanttietua", Nature Communications 12, 579 (2021).
[3] Vladimir Vargas-Calderón, Fabio A. González ja Herbert Vinck-Posada, "Optimointivapaa luokitus ja tiheysarviointi kvanttipiireillä", arXiv: 2203.14452.
[4] Gabriel Marin-Sanchez, Javier Gonzalez-Conde ja Mikel Sanz, "Kvanttialgoritmit likimääräiseen funktion lataamiseen", arXiv: 2111.07933.
[5] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Lixin Fan, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Wendong Li, Zhiqiang Wei ja Yongjian Gu, "Quantum Amplitude Arithmetic", arXiv: 2012.11056.
[6] B. David Clader, Alexander M. Dalzell, Nikitas Stamatopoulos, Grant Salton, Mario Berta ja William J. Zeng, "Quantum Resources Required to Block-Encode a Matrix of Classical Data", arXiv: 2206.03505.
[7] M. Yu Kirillin, AV Priezzhev, J. Hast ja Risto Myllylä, "LASER-SOVELLUKSET JA MUUT AIHEEET KVANTTIELEKTRONIKASSA: Monte Carlo -simulaatio paperin optisesta puhdistamisesta optisessa koherenssitomografiassa", Quantum Electronics 36 2, 174 (2006).
[8] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Lixin Fan, Wendong Li, Zhiqiang Wei ja Yongjian Gu, "Nopea mustan laatikon kvanttitilan valmistelu, joka perustuu yksikköjen lineaariseen yhdistelmään", Kvanttitietojen käsittely 20 8, 270 (2021).
[9] Raoul Heese, Patricia Bickert ja Astrid Elisa Niederle, "Binaaristen ominaisuuksien binääriluokituspuiden esitys kvanttipiireillä", arXiv: 2108.13207.
[10] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong ja Yiyu Shi, "When Machine Learning Meets Quantum Computers: A Case Study", arXiv: 2012.10360.
[11] Tiago ML de Veras, Leon D. da Silva ja Adenilton J. da Silva, "Double sparse quantum state ettevalmistus", Kvanttitietojen käsittely 21 6, 204 (2022).
[12] DA Zimnyakov, LV Kuznetsova, OV Ushakova ja Risto Myllylä, "Erikoisnumero, joka on omistettu moninkertaiseen säteilyn sirontaan satunnaisissa väliaineissa: tiiviisti pakatun fibrillaarisen väliaineen tehokkaiden optisten parametrien arvioinnista", 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 ja Yongjian Gu, "Black-Box Quantum State Preparation with Inverse Coefficients", arXiv: 2112.05937.
Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2022-08-04 12:34:11). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.
Ei voitu noutaa Crossref siteeratut tiedot viimeisen yrityksen aikana 2022-08-04 12:34:09: Ei voitu noutaa viittauksia 10.22331 / q-2022-08-04-773 mainittuihin tietoihin Crossrefiltä. Tämä on normaalia, jos DOI rekisteröitiin äskettäin.
Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.
