Kode akses acak melalui redundansi kontekstual kuantum

Kode akses acak melalui redundansi kontekstual kuantum

Stempel Waktu: 13 Januari 2023 6
Node Sumber: 1898879

Giancarlo Gatti1,2,3, Daniel Huerga1, Enrique Solano1,4,5,6, dan Mikel Sanzo1,2,5,7

1Departemen Kimia Fisik, Universitas Negara Basque UPV/EHU, Apartado 644, 48080 Bilbao, Spanyol
2Pusat Quantum EHU, Universitas Negara Basque UPV/EHU
3Quantum MADS, Uribitarte Kalea 6, 48001 Bilbao, Spanyol
4Pusat Internasional Kecerdasan Buatan Kuantum untuk Sains dan Teknologi (QuArtist) dan Departemen Fisika, Universitas Shanghai, 200444 Shanghai, Tiongkok
5IKERBASQUE, Basque Foundation for Science, Plaza Euskadi 5, 48009 Bilbao, Spanyol
6Kipu Quantum, Greifswalderstrasse 226, 10405 Berlin, Jerman
7Pusat Basque untuk Matematika Terapan (BCAM), Alameda de Mazarredo 14, 48009 Bilbao, Basque Country, Spanyol

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Kami mengusulkan sebuah protokol untuk mengkodekan bit klasik dalam statistik pengukuran observasi Pauli banyak benda, memanfaatkan korelasi kuantum untuk kode akses acak. Konteks pengukuran yang dibangun dengan observasi ini menghasilkan hasil dengan redundansi intrinsik, sesuatu yang kami eksploitasi dengan menyandikan data ke dalam serangkaian status eigen konteks yang sesuai. Hal ini memungkinkan untuk mengakses data yang dikodekan secara acak dengan sedikit sumber daya. Status eigen yang digunakan sangat terjerat dan dapat dihasilkan oleh sirkuit kuantum dengan parameter diskrit dengan kedalaman rendah. Penerapan protokol ini mencakup algoritma yang memerlukan penyimpanan data besar dengan hanya pengambilan sebagian, seperti halnya pohon keputusan. Dengan menggunakan status $n$-qubit, Kode Akses Acak Kuantum ini memiliki probabilitas keberhasilan yang lebih besar dibandingkan versi klasiknya untuk $nge 14$ dan dibandingkan Kode Akses Acak Kuantum sebelumnya untuk $n ge 16$. Selanjutnya, untuk $nge 18$, ini dapat diperkuat menjadi protokol kompresi yang hampir lossless dengan probabilitas keberhasilan $0.999$ dan rasio kompresi $O(n^2/2^n)$. Data yang dapat disimpannya setara dengan kapasitas server Google-Drive seharga $n= 44$, dan dengan solusi brute force untuk catur (apa yang harus dilakukan pada konfigurasi papan apa pun) seharga $n= 100$.

Gambar unggulan: Visualisasi Kode Akses Acak Kuantum. Data klasik dikodekan ke dalam keadaan kuantum, dan sebuah fragmen diambil dengan mengukur dalam basis yang sesuai. Basis pengukuran yang digunakan dalam makalah ini ditentukan oleh kumpulan observasi Pauli banyak benda yang berpindah-pindah.

Ringkasan populer

Kode Akses Acak Kuantum (QRAC) menyimpan sejumlah bit ke dalam qubit yang lebih sedikit, menunjukkan kemungkinan keberhasilan pengambilan yang lebih baik dibandingkan versi klasiknya. Untuk melakukan hal ini, bit-bit tersebut dipetakan ke dalam keadaan kuantum, dan setiap bit dikaitkan dengan jenis pengukuran kuantum, yang nantinya dapat dilakukan untuk mengambilnya kembali. Basis pengukuran ini biasanya dipilih agar tidak memihak satu sama lain.

Dalam makalah ini, kami mengusulkan penggunaan basis pengukuran yang saling bias, sehingga setiap bit muncul dalam beberapa basis pengukuran. Daripada menimbulkan kelemahan, hal ini memungkinkan kita untuk mengkodekan setiap bit menggunakan basis yang paling nyaman, sehingga menghemat sumber daya untuk sistem kuantum skala besar. Kami menggunakan observasi Pauli banyak benda untuk menyampaikan bagian-bagian kami, dan setiap rangkaian observasi perjalanan yang dapat dibuat menentukan satu basis pengukuran. Dengan menggunakan sistem qubit $n$, pendekatan ini menampilkan rasio kompresi asimtotik sebesar $O(n^2/2^n)$ dan probabilitas keberhasilan yang lebih baik daripada QRAC sebelumnya untuk $n ge 16$.

► data BibTeX

► Referensi

[1] C. E. Shannon, Teori komunikasi matematika, Jurnal teknis sistem Bell 27, 379–423 (1948).
https: / / doi.org/ 10.1002 / j.1538-7305.1948.tb01338.x

[2] W. C. Huffman dan V. Pless, Dasar-dasar kode koreksi kesalahan (Cambridge University Press, 2012).

[3] H. Al-Bahadili, Skema kompresi data lossless baru berdasarkan koreksi kesalahan kode Hamming, Komputer & Matematika dengan Aplikasi 56, 143–150 (2008).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.camwa.2007.11.043

[4] A. R. Calderbank dan P. W. Shor, Ada kode koreksi kesalahan kuantum yang bagus, Phys. Pendeta A 54, 1098–1105 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1098

[5] A. M. Steane, Kode koreksi kesalahan dalam teori kuantum, Phys. Pendeta Lett. 77, 793–797 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.77.793

[6] L. A. Rozema, D. H. Mahler, A. Hayat, P. S. Turner, dan A. M. Steinberg, Kompresi data kuantum dari ansambel qubit, Phys. Pendeta Lett. 113, 160504 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.160504

[7] D. Gottesman, Kelas kode koreksi kesalahan kuantum yang memenuhi ikatan kuantum Hamming, Phys. Pendeta A 54, 1862–1868 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1862

[8] A. Y. Kitaev, Komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan oleh siapa pun, Annals of Physics 303, 2–30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[9] A. Peres, Teori kuantum: Konsep dan Metode (Springer Science & Business Media, 2006).

[10] C. H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, dan W. K. Wootters, Teleportasi keadaan kuantum yang tidak diketahui melalui saluran ganda klasik dan Einstein-Podolsky-Rosen, Phys. Pendeta Lett. 70, 1895 (1993).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.70.1895

[11] C. H. Bennett dan S. J. Wiesner, Komunikasi melalui operator satu dan dua partikel di negara bagian Einstein-Podolsky-Rosen, Phys. Pendeta Lett. 69, 2881 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.69.2881

[12] C. H. Bennett, P. W. Shor, J. A. Smolin, dan A. V. Thapliyal, Kapasitas saluran kuantum yang dibantu keterikatan dan teorema Shannon terbalik, transaksi IEEE pada Teori Informasi 48.10, 2637–2655 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TIT.2002.802612

[13] S. Wiesner, Pengkodean konjugasi, ACM Sigact News 15(1), 78–88 (1983).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 1008908.1008920

[14] A. Ambainis, A. Nayak, A. Ta-Shma, dan U. Vazirani, Pengkodean kuantum padat dan batas bawah untuk automata kuantum 1 arah, dalam Prosiding simposium ACM tahunan ketiga puluh satu tentang Teori Komputasi (1999) hal.376–383.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301347

[15] A. Ambainis, A. Nayak, A. Ta-Shma, dan U. Vazirani, Pengkodean kuantum padat dan automata terbatas kuantum, Jurnal ACM (JACM) 49(4), 496–511 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 581771.581773

[16] M. Pawłowski dan M. Żukowski, Kode akses acak berbantuan keterikatan, Phys. Pdt.A 81, 042326 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.042326

[17] A. Casaccino, E. F. Galvão, dan S. Severini, Ekstrem fungsi dan aplikasi Wigner diskrit, Phys. Pdt.A 78, 022310 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.78.022310

[18] A. Tavakoli, A. Hameedi, B. Marques, dan M. Bourennane, Kode akses acak kuantum menggunakan sistem level-d tunggal, Phys. Pendeta Lett. 114, 170502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.170502

[19] J. Pauwels, S. Pironio, E. Woodhead, dan A. Tavakoli, Hampir qudits dalam skenario persiapan dan pengukuran, Phys. Pendeta Lett. 129, 250504 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.129.250504

[20] W. K. Wootters, dan B. D. Fields, Penentuan keadaan optimal dengan pengukuran yang saling tidak memihak, Annals of Physics 191(2), 363–381 (1989).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0003-4916(89)90322-9

[21] A. Ambainis, D. Leung, L. Mancinska, dan M. Ozols, Kode akses acak kuantum dengan keacakan bersama, arXiv 0810.2937 (2009).
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.0810.2937

[22] MA Nielsen dan IL Chuang, Komputasi Quantum dan Informasi Quantum (Cambridge University Press, 2010).

[23] S. Cheng, J. Chen, dan L. Wang, Perspektif informasi untuk pemodelan probabilistik: mesin Boltzmann versus mesin Born, Entropi 20, 583 (2018).
https: / / doi.org/ 10.3390 / e20080583

[24] F. Lardinois, Google drive akan mencapai satu miliar pengguna minggu ini, TechCrunch (2018).
https:/​/​techcrunch.com/​2018/​07/​25/​google-drive-will-hit-a-billion-users-this-week/​

[25] J. Tromp, taman bermain catur John, (2010).
https://​/​tromp.github.io/​chess/​chess.html

[26] A. Levinovitz, Misteri Go, permainan kuno yang masih belum bisa dimenangkan oleh komputer, Wired Business (2014).
https:/​/​www.wired.com/​2014/​05/​dunia-komputer-go/​

Dikutip oleh

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum