Google DeepMind
CQIF, DAMTP, Uniwersytet Cambridge, Wielka Brytania
Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.
Abstrakcyjny
Przygotowanie stanu kwantowego jest ważnym składnikiem innych algorytmów kwantowych wyższego poziomu, takich jak symulacja hamiltonowska, lub ładowania rozkładów do urządzenia kwantowego, które ma być używane np. w kontekście zadań optymalizacyjnych, takich jak uczenie maszynowe. Począwszy od ogólnej metody „czarnej skrzynki” opracowanej przez Grovera w 2000 r., która wykorzystuje wzmocnienie amplitudy do współczynników obciążenia obliczonych przez wyrocznię, pojawiła się długa seria wyników i ulepszeń z różnymi dodatkowymi warunkami dotyczącymi amplitud, które mają być ładowane, zakończone Praca Sandersa i wsp., w której na etapie przygotowań unika się prawie całej arytmetyki.
W tej pracy konstruujemy zoptymalizowany schemat ładowania stanów czarnej skrzynki, za pomocą którego różne ważne zestawy współczynników mogą być ładowane znacznie szybciej niż w rundach amplitudy $O(sqrt N)$, do zaledwie $O(1)$ wielu. Osiągamy to dzięki dwóm wariantom naszego algorytmu. Pierwsza wykorzystuje modyfikację wyroczni z Sanders et al., która wymaga mniejszej liczby ancilii ($log_2 g$ vs $g+2$ w precyzji bitowej $g$) i mniejszej liczby operacji niecliffordowych na rundę amplitudy amplitudy w ciągu kontekst naszego algorytmu. Drugi wykorzystuje tę samą wyrocznię, ale przy nieco zwiększonym koszcie pod względem ancillas ($g+log_2g$) i operacji niecliffordowych na rundę amplifikacji. Ponieważ liczba rund wzmocnienia amplitudy wchodzi jako czynnik mnożnikowy, nasz schemat ładowania stanu czarnej skrzynki daje nawet wykładnicze przyspieszenie w porównaniu z wcześniejszymi metodami. To przyspieszenie wykracza poza obudowę czarnej skrzynki.
Popularne podsumowanie
W tej pracy ulepszamy procedurę hosta, znacznie zmniejszając liczbę niezbędnych zapytań do czarnej skrzynki, uzyskując nawet wykładnicze przyspieszenie – naturalnie w zależności od danych, które mają zostać załadowane, ale wyniki są ważne dla szerokiego zakresu realistycznych zbiory danych lub dystrybucje będące przedmiotem zainteresowania. Ponadto opracowujemy specjalną podprocedurę czarnej skrzynki, dostosowaną do pracy szczególnie dobrze z naszym schematem ładowania danych hosta, który dodatkowo zmniejsza wymagany narzut kubitów i bramek.
► Dane BibTeX
► Referencje
[1] Lov K. Grover „Synteza superpozycji kwantowych przez obliczenia kwantowe” Physical Review Letters 85, 1334-1337 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.1334
[2] Yuval R. Sanders, Guang Hao Low, Artur Scherer i Dominic W. Berry, „Przygotowanie stanu kwantowego z czarnej skrzynki bez arytmetyki” Physical Review Letters 122, 020502 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.020502
[3] Aram W. Harrow, Avinatan Hassidim i Seth Lloyd, „Algorytm kwantowy dla liniowych układów równań” Physical Review Letters 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
arXiv: 0811.3171
[4] Julia Kempe „Kwantowe spacery przypadkowe – przegląd wprowadzający” Contemporary Physics 44, 307–327 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107151031000110776
arXiv: 0303081
[5] Miklos Santha „Algorytmy przeszukiwania oparte na marszu kwantowym” Teoria i zastosowania modeli obliczeniowych 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 „Czarnoskrzynkowa symulacja hamiltonowska i implementacja unitarna” (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 i Xiaodi Wu, „Quantum SDP Solvers: duże przyspieszenia, optymalność i zastosowania do nauki kwantowej” ICALP 2019 (2017).
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.27
arXiv: 1710.02581
[8] Sergey Bravyi, Alexander Kliesch, Robert Koenig i Eugene Tang, „Przeszkody w przygotowaniu stanu i optymalizacji wariacyjnej z ochrony symetrii” (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.260505
arXiv: 1910.08980
[9] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs i Robin Kothari, „Symulacja Hamiltona z prawie optymalną zależnością od wszystkich parametrów” (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 i Yoshihisa Yamamoto, „Szybsza symulacja chemii kwantowej na odpornych na awarie komputerach kwantowych” 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 „Wydajne przygotowanie stanu do rejestru bitów kwantowych” Physical Review A 73, 012307 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.012307
[12] Martin Pleschand Časlav Brukner „Preparat w stanie kwantowym z uniwersalnymi rozkładami bramkowymi” 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 i Martti M. Salomaa, „Transformacja stanów kwantowych przy użyciu jednolicie kontrolowanych obrotów” Quant. Inf. komp. 5, 467 (2004).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0407010
arXiv: 0407010
[14] Israel F. Araujo, Daniel K. Park, Francesco Petruccione i Adenilton J. da Silva, „Algorytm dziel i zwyciężaj dla przygotowania stanu kwantowego” (2020).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-85474-1
arXiv: 2008.01511
[15] Lov Groverand Terry Rudolph „Tworzenie superpozycji, które odpowiadają efektywnie całkowalnym rozkładom prawdopodobieństwa” (2002).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0208112
arXiv: 0208112
[16] Andrew M. Childs „O związku między chodem kwantowym w czasie ciągłym i dyskretnym” Komunikacja w fizyce matematycznej 294, 581-603 (2009).
https://doi.org/10.1007/s00220-009-0930-1
[17] Christa Zoufal, Aurélien Lucchi i Stefan Woerner, „Quantum Generative Adversarial Networks for learning and loading random distributions” npj Quantum Information (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0223-2
arXiv: 1904.00043
[18] Michael A. Nielsenand Isaac L. Chuang „Quantum Computation and Quantum Information” 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 i Isaac L. Chuang, „Fixed-Point Quantum Search with a Optimal Number of Queries” Physical Review Letters 113, 210501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.210501
[20] Steven A. Cuccaro, Thomas G. Draper, Samuel A. Kutin i David Petrie Moulton, „Nowy obwód dodawania fal kwantowych” (2004).
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0410184
arXiv: 0410184
[21] Craig Gidney „Połowa kosztów dodawania kwantowego” 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 i Xiao-Feng Wang, „Dekompozycje n-kubitowych bramek toffi z złożonością obwodów liniowych” 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 „Pięć dwubitowych bramek kwantowych wystarczy do implementacji kwantowej bramki Fredkina” 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, Eric Ostby, Andre Petukhov, 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 i John M. Martinis, „Supremacja kwantowa przy użyciu programowalnego procesora nadprzewodzącego” 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 „Poszukiwanie kwantowe z poradą” 1–14 (2009).
arXiv: 0908.3066
Cytowany przez
[1] Kouhei Nakaji, Shumpei Uno, Yohichi Suzuki, Rudy Raymond, Tamiya Onodera, Tomoki Tanaka, Hiroyuki Tezuka, Naoki Mitsuda i Naoki Yamamoto, „Przybliżone kodowanie amplitudy w płytko sparametryzowanych obwodach kwantowych i jego zastosowanie do wskaźników rynku finansowego”, Badania fizyczne Review 4 2, 023136 (2022).
[2] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong i Yiyu Shi, „Szkielet współprojektowania sieci neuronowych i obwodów kwantowych w kierunku przewagi kwantowej”, Komunikacja przyrodnicza 12, 579 (2021).
[3] Vladimir Vargas-Calderón, Fabio A. González i Herbert Vinck-Posada, „Klasyfikacja bez optymalizacji i szacowanie gęstości z obwodami kwantowymi”, arXiv: 2203.14452.
[4] Gabriel Marin-Sanchez, Javier Gonzalez-Conde i Mikel Sanz, „Algorytmy kwantowe do przybliżonego ładowania funkcji”, arXiv: 2111.07933.
[5] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Lixin Fan, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Wendong Li, Zhiqiang Wei i Yongjian Gu, „Arytmetyka amplitudy kwantowej”, arXiv: 2012.11056.
[6] B. David Clader, Alexander M. Dalzell, Nikitas Stamatopoulos, Grant Salton, Mario Berta i William J. Zeng, „Zasoby kwantowe wymagane do kodowania blokowego macierzy danych klasycznych”, arXiv: 2206.03505.
[7] M. Yu Kirillin, AV Priezzhev, J. Hast i Risto Myllylä, „APLIKACJE LASEROWE I INNE TEMATY W ELEKTRONIKI KWANTOWEJ: Symulacja Monte Carlo optycznego usuwania papieru w optycznej tomografii koherentnej”, Elektronika kwantowa 36 2, 174 (2006).
[8] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Lixin Fan, Wendong Li, Zhiqiang Wei i Yongjian Gu, „Szybkie przygotowanie czarnoskrzynkowego stanu kwantowego oparte na liniowej kombinacji unitarnych”, Przetwarzanie informacji kwantowych 20 8, 270 (2021).
[9] Raoul Heese, Patricia Bickert i Astrid Elisa Niederle, „Reprezentacja binarnych drzew klasyfikacyjnych o cechach binarnych przez obwody kwantowe”, arXiv: 2108.13207.
[10] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong i Yiyu Shi, „Gdy uczenie maszynowe spotyka komputery kwantowe: studium przypadku”, arXiv: 2012.10360.
[11] Tiago ML de Veras, Leon D. da Silva i Adenilton J. da Silva, „Double sparse quantum state Preparation”, Przetwarzanie informacji kwantowych 21 6, 204 (2022).
[12] DA Zimnyakov, LV Kuznetsova, OV Ushakova i Risto Myllylä, „Wydanie specjalne poświęcone wielokrotnemu rozpraszaniu promieniowania w ośrodkach losowych: Ocena efektywnych parametrów optycznych gęsto upakowanych ośrodków włóknistych”, Elektronika kwantowa 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 i Yongjian Gu, „Przygotowanie stanu kwantowego czarnoskrzynkowego ze współczynnikami odwrotnymi”, arXiv: 2112.05937.
Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2022-08-04 12:34:11). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.
Nie można pobrać Przywołane przez Crossref dane podczas ostatniej próby 2022-08-04 12:34:09: Nie można pobrać cytowanych danych dla 10.22331 / q-2022-08-04-773 z Crossref. Jest to normalne, jeśli DOI zostało niedawno zarejestrowane.
Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.
