Codici di accesso casuale tramite ridondanza contestuale quantistica

Codici di accesso casuale tramite ridondanza contestuale quantistica

Timestamp: 13 gennaio 2023 6:16
Nodo di origine: 1898879

Giancarlo Gatti1,2,3, Daniele Huerga1, Enrico Solano1,4,5,6e Mikel Sanz1,2,5,7

1Dipartimento di Chimica Fisica, Università dei Paesi Baschi UPV/EHU, Apartado 644, 48080 Bilbao, Spagna
2EHU Quantum Center, Università dei Paesi Baschi UPV/EHU
3Quantum MADS, Uribitarte Kalea 6, 48001 Bilbao, Spagna
4Centro Internazionale di Intelligenza Artificiale Quantistica per la Scienza e la Tecnologia (QuArtist) e Dipartimento di Fisica, Università di Shanghai, 200444 Shanghai, Cina
5IKERBASQUE, Fondazione basca per la scienza, Plaza Euskadi 5, 48009 Bilbao, Spagna
6Kipu Quantum, Greifswalderstraße 226, 10405 Berlino, Germania
7Centro Basco di Matematica Applicata (BCAM), Alameda de Mazarredo 14, 48009 Bilbao, Paesi Baschi, Spagna

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Astratto

Proponiamo un protocollo per codificare bit classici nelle statistiche di misurazione di osservabili di Pauli a molti corpi, sfruttando le correlazioni quantistiche per un codice di accesso casuale. I contesti di misurazione costruiti con questi osservabili producono risultati con ridondanza intrinseca, qualcosa che sfruttiamo codificando i dati in un insieme di comodi autostati di contesto. Ciò consente di accedere in modo casuale ai dati codificati con poche risorse. Gli autostati utilizzati sono altamente entangled e possono essere generati da un circuito quantistico discretamente parametrizzato di bassa profondità. Le applicazioni di questo protocollo includono algoritmi che richiedono l'archiviazione di grandi quantità di dati con recupero solo parziale, come nel caso degli alberi decisionali. Usando gli stati $n$-qubit, questo Codice Quantum Random Access ha maggiori probabilità di successo rispetto alla sua controparte classica per $nge 14$ e rispetto ai precedenti Codici Quantum Random Access per $n ge 16$. Inoltre, per $nge 18$, può essere amplificato in un protocollo di compressione quasi senza perdita con probabilità di successo $0.999$ e rapporto di compressione $O(n^2/2^n)$. I dati che può memorizzare sono pari alla capacità del server Google-Drive per $n= 44$ e a una soluzione di forza bruta per gli scacchi (cosa fare su qualsiasi configurazione della scheda) per $n= 100$.

Immagine di presentazione: visualizzazione di un codice di accesso casuale quantistico. I dati classici sono codificati in uno stato quantistico e un frammento viene recuperato misurando in una base appropriata. Le basi di misurazione utilizzate in questo articolo sono definite da insiemi di osservabili di Pauli a molti corpi commutanti.

Riepilogo popolare

I codici Quantum Random Access Code (QRAC) memorizzano un numero di bit in meno qubit, mostrando una migliore probabilità di successo del recupero rispetto alla loro controparte classica. Per fare ciò, i bit vengono mappati in uno stato quantistico e ogni bit viene associato a un tipo di misurazione quantistica, che può essere successivamente eseguita per recuperarlo. Queste basi di misurazione sono solitamente scelte per essere reciprocamente imparziali.

In questo articolo, proponiamo l'uso di basi di misura che sono invece mutuamente distorte, in modo che ogni bit appaia in più basi di misura. Piuttosto che rappresentare uno svantaggio, questo ci consente di codificare ogni bit utilizzando la base più conveniente, risparmiando risorse per sistemi quantistici su larga scala. Utilizziamo osservabili di Pauli a molti corpi per trasmettere i nostri bit, e ogni insieme di osservabili pendolari che possono essere costruiti definisce una base di misurazione. Utilizzando sistemi di $n$ qubit, questo approccio mostra un rapporto di compressione asintotico di $O(n^2/2^n)$ e una migliore probabilità di successo rispetto ai precedenti QRAC per $n ge 16$.

► dati BibTeX

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