Google DeepMind
CQIF, DAMTP, Cambridge Üniversitesi, Birleşik Krallık
Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.
Özet
Kuantum durumunun hazırlanması, Hamilton simülasyonu gibi diğer yüksek seviyeli kuantum algoritmaları için veya örneğin makine öğrenimi gibi optimizasyon görevleri bağlamında kullanılacak dağıtımların bir kuantum cihazına yüklenmesi için önemli bir bileşendir. 2000 yılında Grover tarafından geliştirilen ve bir kehanet tarafından hesaplanan yük katsayılarına genlik yükseltmesi uygulayan genel bir "kara kutu" yöntemiyle başlayarak, yüklenecek genliklere ilişkin çeşitli ek koşullarla birlikte uzun bir dizi sonuç ve iyileştirme yapılmıştır. Sanders ve arkadaşlarının hazırlık aşamasında neredeyse tüm aritmetiklerden kaçınan çalışması.
Bu çalışmada, çeşitli önemli katsayı kümelerinin yalnızca $O(1)$'a kadar $O(sqrt N)$ genlik yükseltme turlarından önemli ölçüde daha hızlı yüklenebildiği optimize edilmiş bir kara kutu durumu yükleme şeması oluşturuyoruz. Bunu algoritmamızın iki çeşidiyle başarıyoruz. İlki, Sanders ve diğerlerinin kehanet modifikasyonunu kullanır; bu, daha az ek ($log_2 g$ vs $g+2$ bit duyarlılığı $g$) ve genlik amplifikasyon turu başına daha az Clifford dışı işlem gerektirir. algoritmamızın bağlamı. İkincisi aynı kehaneti kullanır, ancak yardımcılar ($g+log_2g$) ve amplifikasyon turu başına Clifford dışı işlemler açısından biraz daha yüksek maliyetle. Genlik amplifikasyon turlarının sayısı çarpımsal faktör olarak girdikçe, kara kutu durumu yükleme şemamız önceki yöntemlere kıyasla üstel bir hızlanma sağlar. Bu hızlanma kara kutu durumunun ötesine geçiyor.
Popüler özet
Bu çalışmada, kara kutuya yapılan gerekli sorguların sayısını önemli ölçüde azaltarak, üstel bir hızlanma sağlayarak (doğal olarak yüklenecek verilere bağlı olarak) ana bilgisayar rutinini iyileştiriyoruz, ancak sonuçlar geniş bir gerçekçi aralık için geçerlidir. veri kümeleri veya ilgilenilen dağılımlar. Ayrıca, gerekli kübit ve kapı yükünü daha da azaltan, ana bilgisayar veri yükleme şemamızla özellikle iyi çalışacak şekilde uyarlanmış özel bir kara kutu alt programı tasarlıyoruz.
► BibTeX verileri
► Referanslar
[1] Lov K. Grover "Kuantum Hesaplamayla Kuantum Süperpozisyonlarının Sentezi" Fiziksel İnceleme Mektupları 85, 1334-1337 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.1334
[2] Yuval R. Sanders, Guang Hao Low, Artur Scherer ve Dominic W. Berry, "Aritmetik Olmadan Kara Kutu Kuantum Durumu Hazırlığı" Fiziksel İnceleme Mektupları 122, 020502 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.020502
[3] Aram W. Harrow, Avinatan Hassidim ve Seth Lloyd, “Doğrusal Denklem Sistemleri için Kuantum Algoritması” Physical Review Letters 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
arXiv: 0811.3171
[4] Julia Kempe "Kuantum rastgele yürüyüşleri - giriş niteliğinde bir genel bakış" Contemporary Physics 44, 307–327 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107151031000110776
arXiv: 0303081
[5] Miklos Santha “Kuantum Yürüyüşü Tabanlı Arama Algoritmaları” Teorisi ve Hesaplama Modellerinin Uygulamaları 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. Berry ve Andrew M. Childs "Kara kutu Hamilton simülasyonu ve üniter uygulama" (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 ve Xiaodi Wu, "Kuantum SDP Çözücüler: Büyük Hızlandırmalar, Optimallik ve Kuantum Öğrenmeye Uygulamalar" ICALP 2019 (2017).
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.27
arXiv: 1710.02581
[8] Sergey Bravyi, Alexander Kliesch, Robert Koenig ve Eugene Tang, "Simetri Korumasından Durum Hazırlığının Engelleri ve Değişken Optimizasyon" (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.260505
arXiv: 1910.08980
[9] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs ve Robin Kothari, "Tüm parametrelere neredeyse optimal bağımlılığa sahip Hamilton simülasyonu" (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 ve Yoshihisa Yamamoto, "Hataya dayanıklı kuantum bilgisayarlarda daha hızlı kuantum kimyası simülasyonu" 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 “Kuantum bitlerinin kaydı için verimli durum hazırlığı” Fiziksel İnceleme A 73, 012307 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.012307
[12] Martin Pleschand Časlav Brukner "Evrensel kapı ayrıştırmalarıyla kuantum durumu hazırlığı" Fiziksel İnceleme A 83, 032302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032302
arXiv: 1003.5760
[13] Mikko Mottonen, Juha J. Vartiainen, Ville Bergholm ve Martti M. Salomaa, "Eşit kontrollü rotasyonlar kullanarak kuantum durumlarının dönüşümü" Quant. Enf. Komp. 5, 467 (2004).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0407010
arXiv: 0407010
[14] Israel F. Araujo, Daniel K. Park, Francesco Petruccione ve Adenilton J. da Silva, “Kuantum durumu hazırlığı için bir böl ve yönet algoritması” (2020).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-85474-1
arXiv: 2008.01511
[15] Lov Groverand Terry Rudolph “Verimli bir şekilde entegre edilebilir olasılık dağılımlarına karşılık gelen süperpozisyonlar yaratmak” (2002).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0208112
arXiv: 0208112
[16] Andrew M. Childs "Sürekli ve Ayrık Zamanlı Kuantum Yürüyüşü Arasındaki İlişki Üzerine" Matematiksel Fizikte İletişim 294, 581–603 (2009).
https://doi.org/10.1007/s00220-009-0930-1
[17] Christa Zoufal, Aurélien Lucchi ve Stefan Woerner, "Rastgele dağılımları öğrenmek ve yüklemek için Quantum Generative Adversarial Networks" npj Quantum Information (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0223-2
arXiv: 1904.00043
[18] Michael A. Nielsenand Isaac L. Chuang “Kuantum Hesaplaması ve Kuantum Bilgisi” 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 ve Isaac L. Chuang, "Optimal Sayıda Sorgu ile Sabit Nokta Kuantum Araması" Fiziksel İnceleme Mektupları 113, 210501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.210501
[20] Steven A. Cuccaro, Thomas G. Draper, Samuel A. Kutin ve David Petrie Moulton, "Yeni bir kuantum dalgalanma taşıma ekleme devresi" (2004).
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0410184
arXiv: 0410184
[21] Craig Gidney “Kuantum eklemenin maliyetini yarıya indirmek” 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 ve Xiao-Feng Wang, "Doğrusal Devre Karmaşıklığıyla N-kübit Toffoli Kapılarının Ayrışmaları" Uluslararası Teorik Fizik Dergisi 56, 2350–2361 (2017).
https://doi.org/10.1007/s10773-017-3389-4
[23] John A. Smolinand David P. DiVincenzo “Kuantum Fredkin kapısını uygulamak için beş adet iki bitlik kuantum kapısı yeterlidir” 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, 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, 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 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, 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 ve John M. Martinis, "Programlanabilir süper iletken işlemci kullanan kuantum üstünlüğü" Doğa 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 “Tavsiye ile kuantum araştırması” 1–14 (2009).
arXiv: 0908.3066
Alıntılama
[1] Kouhei Nakaji, Shumpei Uno, Yohichi Suzuki, Rudy Raymond, Tamiya Onodera, Tomoki Tanaka, Hiroyuki Tezuka, Naoki Mitsuda ve Naoki Yamamoto, "Sığ parametreli kuantum devrelerinde yaklaşık genlik kodlaması ve bunun finansal piyasa göstergelerine uygulanması", Fiziksel İnceleme Araştırması 4 2, 023136 (2022).
[2] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong ve Yiyu Shi, "Kuantum avantajına yönelik sinir ağları ve kuantum devrelerinin ortak tasarım çerçevesi", Doğa İletişimi 12, 579 (2021).
[3] Vladimir Vargas-Calderon, Fabio A. González ve Herbert Vinck-Posada, “Optimizasyonsuz Sınıflandırma ve Kuantum Devreleriyle Yoğunluk Tahmini”, arXiv: 2203.14452.
[4] Gabriel Marin-Sanchez, Javier Gonzalez-Conde ve Mikel Sanz, “Kuantum algoritmaları yaklaşık fonksiyon yüklemesi”, arXiv: 2111.07933.
[5] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Lixin Fan, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Wendong Li, Zhiqiang Wei ve Yongjian Gu, “Kuantum Genlik Aritmetiği”, arXiv: 2012.11056.
[6] B. David Clader, Alexander M. Dalzell, Nikitas Stamatopoulos, Grant Salton, Mario Berta ve William J. Zeng, “Quantum Resources A Matrix of Classical Data Matrix'i Bloklamak İçin Gereklidir”, arXiv: 2206.03505.
[7] M. Yu Kirillin, AV Priezzhev, J. Hast ve Risto Myllylä, “KUANTUM ELEKTRONİĞİNDE LAZER UYGULAMALARI VE DİĞER KONULAR: Optik koherens tomografide kağıdın optik olarak temizlenmesinin Monte Carlo simülasyonu”, Kuantum Elektroniği 36 2, 174 (2006).
[8] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Lixin Fan, Wendong Li, Zhiqiang Wei ve Yongjian Gu, "Üniterlerin doğrusal kombinasyonuna dayalı hızlı kara kutu kuantum durumu hazırlığı", Kuantum Bilgi İşleme 20 8, 270 (2021).
[9] Raoul Heese, Patricia Bickert ve Astrid Elisa Niederle, “Kuantum devreleri ile ikili özelliklere sahip ikili sınıflandırma ağaçlarının temsili”, arXiv: 2108.13207.
[10] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong ve Yiyu Shi, "Makine Öğrenimi Kuantum Bilgisayarlarla Buluştuğunda: Bir Vaka Çalışması", arXiv: 2012.10360.
[11] Tiago ML de Veras, Leon D. da Silva ve Adenilton J. da Silva, “Çift seyrek kuantum durumu hazırlığı”, Kuantum Bilgi İşleme 21 6, 204 (2022).
[12] DA Zimnyakov, LV Kuznetsova, OV Ushakova ve Risto Myllylä, "Rastgele ortamlarda çoklu radyasyon saçılımına ayrılmış özel sayı: Sıkı paketlenmiş fibriler ortamın etkili optik parametrelerinin tahmini üzerine", Kuantum Elektroniği 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 ve Yongjian Gu, “Ters Katsayılarla Kara Kutu Kuantum Durumu Hazırlığı”, arXiv: 2112.05937.
Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2022-08-04 12:34:11) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.
Getirilemedi Alıntılanan veriler son girişim sırasında 2022-08-04 12:34:09: Crossref'ten 10.22331 / q-2022-08-04-773 için belirtilen veriler getirilemedi. DOI yakın zamanda kaydedildiyse bu normaldir.
Bu Makale, Quantum'da Creative Commons Atıf 4.0 Uluslararası (CC BY 4.0) lisans. Telif hakkı, yazarlar veya kurumları gibi orijinal telif hakkı sahiplerine aittir.
