Google DeepMind
CQIF, DAMTP, Đại học Cambridge, Vương quốc Anh
Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.
Tóm tắt
Chuẩn bị trạng thái lượng tử là một thành phần quan trọng cho các thuật toán lượng tử cấp cao hơn khác, chẳng hạn như mô phỏng Hamilton hoặc để tải các phân bố vào thiết bị lượng tử sẽ được sử dụng, ví dụ: trong bối cảnh các nhiệm vụ tối ưu hóa như học máy. Bắt đầu với phương pháp “hộp đen” chung do Grover nghĩ ra vào năm 2000, phương pháp này sử dụng khuếch đại biên độ cho các hệ số tải được tính toán bởi một nhà tiên tri, đã có một loạt kết quả và cải tiến dài với nhiều điều kiện bổ sung khác nhau về biên độ được tải, đỉnh điểm là Công việc của Sanders và cộng sự tránh được hầu hết mọi phép tính trong giai đoạn chuẩn bị.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi xây dựng sơ đồ tải trạng thái hộp đen được tối ưu hóa, trong đó các bộ hệ số quan trọng khác nhau có thể được tải nhanh hơn đáng kể so với trong các vòng khuếch đại biên độ $O(sqrt N)$, tối đa chỉ nhiều $O(1)$. Chúng tôi đạt được điều này với hai biến thể của thuật toán của chúng tôi. Phương pháp đầu tiên sử dụng một sửa đổi của lời tiên tri từ Sanders và cộng sự, yêu cầu ít phụ kiện hơn ($log_2 g$ so với $g+2$ theo độ chính xác bit $g$) và ít hoạt động phi Clifford hơn trên mỗi vòng khuếch đại biên độ trong phạm vi ngữ cảnh của thuật toán của chúng tôi. Loại thứ hai sử dụng cùng một lời tiên tri, nhưng với chi phí tăng nhẹ về các phụ kiện ($g+log_2g$) và các hoạt động không phải Clifford trên mỗi vòng khuếch đại. Khi số vòng khuếch đại biên độ được đưa vào làm hệ số nhân, sơ đồ tải trạng thái hộp đen của chúng tôi mang lại tốc độ tăng tốc theo cấp số nhân so với các phương pháp trước đó. Sự tăng tốc này vượt ra ngoài trường hợp hộp đen.
Tóm tắt phổ biến
Trong công việc này, chúng tôi cải thiện quy trình máy chủ, bằng cách giảm đáng kể số lượng truy vấn cần thiết đối với hộp đen, mang lại khả năng tăng tốc theo cấp số nhân – tất nhiên tùy thuộc vào dữ liệu được tải, nhưng kết quả giữ được ở nhiều mức độ thực tế bộ dữ liệu hoặc phân phối quan tâm. Chúng tôi tiếp tục phát minh ra một chương trình con hộp đen cụ thể, được điều chỉnh để hoạt động đặc biệt hiệu quả với sơ đồ tải dữ liệu máy chủ của chúng tôi, giúp giảm hơn nữa chi phí cổng và qubit cần thiết.
► Dữ liệu BibTeX
► Tài liệu tham khảo
[1] Lov K. Grover “Tổng hợp các chồng chất lượng tử bằng tính toán lượng tử” Thư đánh giá vật lý 85, 1334-1337 (2000).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.85.1334
[2] Yuval R. Sanders, Guan Hao Low, Artur Scherer và Dominic W. Berry, “Chuẩn bị trạng thái lượng tử hộp đen không cần số học” Thư đánh giá vật lý 122, 020502 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.020502
[3] Aram W. Harrow, Avinatan Hassidim và Seth Lloyd, “Thuật toán lượng tử cho các hệ phương trình tuyến tính” Thư đánh giá vật lý 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
arXiv: 0811.3171
[4] Julia Kempe “Các bước đi ngẫu nhiên lượng tử – tổng quan giới thiệu” Vật lý đương đại 44, 307–327 (2003).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107151031000110776
arXiv: 0303081
[5] Lý thuyết và ứng dụng của các mô hình tính toán “Thuật toán tìm kiếm dựa trên bước đi lượng tử” của Miklos Santha 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 và Andrew M. Childs “Mô phỏng hộp đen Hamilton và triển khai đơn nhất” (2009).
https: / â € trận / â € doi.org/â $$$ 10.26421 / â € QIC12.1-2
arXiv: 0910.4157
[7] Fernando GSL Brandão, Amir Kalev, Tongyang Li, Cedric Yen-Yu Lin, Krysta M. Svore và Xiaodi Wu, “Bộ giải SDP lượng tử: Tăng tốc lớn, tính tối ưu và ứng dụng cho học lượng tử” ICALP 2019 (2017).
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.27
arXiv: 1710.02581
[8] Sergey Bravyi, Alexander Kliesch, Robert Koenig và Eugene Tang, “Những trở ngại đối với việc chuẩn bị trạng thái và tối ưu hóa biến phân từ bảo vệ đối xứng” (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.260505
arXiv: 1910.08980
[9] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs và Robin Kothari, “Mô phỏng Hamilton với sự phụ thuộc gần như tối ưu vào tất cả các tham số” (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 và Yoshihisa Yamamoto, “Mô phỏng hóa học lượng tử nhanh hơn trên máy tính lượng tử có khả năng chịu lỗi” Tạp chí Vật lý mới 14, 115023 (2012).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/14/11/115023
arXiv: 1204.0567
[11] Andrei N. Soklakovand Rüdiger Schack “Chuẩn bị trạng thái hiệu quả cho việc đăng ký bit lượng tử” Tạp chí Vật lý A 73, 012307 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.73.012307
[12] Martin Pleschand Časlav Brukner “Chuẩn bị trạng thái lượng tử với các phân rã cổng phổ quát” Đánh giá vật lý A 83, 032302 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.032302
arXiv: 1003.5760
[13] Mikko Mottonen, Juha J. Vartiainen, Ville Bergholm và Martti M. Salomaa, “Sự chuyển đổi trạng thái lượng tử bằng cách sử dụng các phép quay được điều khiển đồng đều” Quant. Thông tin Comp. 5, 467 (2004).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.quant-ph / 0407010
arXiv: 0407010
[14] Israel F. Araujo, Daniel K. Park, Francesco Petruccione và Adenilton J. da Silva, “Thuật toán phân chia và chinh phục để chuẩn bị trạng thái lượng tử” (2020).
https://doi.org/10.1038/s41598-021-85474-1
arXiv: 2008.01511
[15] Lov Groverand Terry Rudolph “Tạo ra sự chồng chất tương ứng với phân bố xác suất có thể tích hợp hiệu quả” (2002).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.quant-ph / 0208112
arXiv: 0208112
[16] Andrew M. Childs “Về mối quan hệ giữa bước đi lượng tử thời gian liên tục và thời gian rời rạc” trong Vật lý toán học 294, 581–603 (2009).
https://doi.org/10.1007/s00220-009-0930-1
[17] Christa Zoufal, Aurélien Lucchi và Stefan Woerner, “Mạng đối thủ tạo lượng tử để tìm hiểu và tải các phân phối ngẫu nhiên” npj Thông tin lượng tử (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0223-2
arXiv: 1904.00043
[18] Michael A. Nielsen và Isaac L. Chuang “Tính toán lượng tử và thông tin lượng tử” Nhà xuất bản Đại học Cambridge (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, Guan Hao Low và Isaac L. Chuang, “Tìm kiếm lượng tử điểm cố định với số lượng truy vấn tối ưu” Thư đánh giá vật lý 113, 210501 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.113.210501
[20] Steven A. Cuccaro, Thomas G. Draper, Samuel A. Kutin và David Petrie Moulton, “Mạch cộng mang gợn sóng lượng tử mới” (2004).
https: / / doi.org/ 10.48550 / arXiv.quant-ph / 0410184
arXiv: 0410184
[21] Craig Gidney “Giảm một nửa chi phí bổ sung lượng tử” Lượng tử 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 và Xiao-Feng Wang, “Sự phân hủy của Cổng Toffoli n-qubit với độ phức tạp của mạch tuyến tính” Tạp chí Quốc tế về Vật lý Lý thuyết 56, 2350–2361 (2017).
https://doi.org/10.1007/s10773-017-3389-4
[23] John A. Smolinand David P. DiVincenzo “Năm cổng lượng tử hai bit là đủ để triển khai cổng lượng tử Fredkin” Tạp chí Vật lý A 53, 2855–2856 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.53.2855
[24] Phòng thí nghiệm AI lượng tử 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. Iskov, 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, Phòng thí nghiệm AI lượng tử 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. Iskov, 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 và John M. Martinis, “Tính ưu việt lượng tử bằng cách sử dụng bộ xử lý siêu dẫn có thể lập trình” Thiên nhiên 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 “Tìm kiếm lượng tử với lời khuyên” 1–14 (2009).
arXiv: 0908.3066
Trích dẫn
[1] Kouhei Nakaji, Shumpei Uno, Yohichi Suzuki, Rudy Raymond, Tamiya Onodera, Tomoki Tanaka, Hiroyuki Tezuka, Naoki Mitsuda, và Naoki Yamamoto, “Mã hóa biên độ gần đúng trong các mạch lượng tử được tham số hóa nông và ứng dụng của nó cho các chỉ báo thị trường tài chính”, Nghiên cứu đánh giá vật lý 4 2, 023136 (2022).
[2] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong và Yiyu Shi, “Một khuôn khổ đồng thiết kế của mạng lưới thần kinh và mạch lượng tử hướng tới lợi thế lượng tử”, Truyền thông tự nhiên 12, 579 (2021).
[3] Vladimir Vargas-Calderón, Fabio A. González và Herbert Vinck-Posada, “Phân loại không cần tối ưu hóa và ước tính mật độ với mạch lượng tử”, arXiv: 2203.14452.
[4] Gabriel Marin-Sanchez, Javier Gonzalez-Conde và Mikel Sanz, “Thuật toán lượng tử để tải hàm gần đúng”, arXiv: 2111.07933.
[5] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Lixin Fan, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Wendong Li, Zhiqiang Wei và Yongjian Gu, “Số học biên độ lượng tử”, arXiv: 2012.11056.
[6] B. David Clader, Alexander M. Dalzell, Nikitas Stamatopoulos, Grant Salton, Mario Berta và William J. Zeng, “Tài nguyên lượng tử cần thiết để mã hóa khối một ma trận dữ liệu cổ điển”, arXiv: 2206.03505.
[7] M. Yu Kirillin, AV Priezzhev, J. Hast và Risto Myllylä, “ỨNG DỤNG LASER VÀ CÁC CHỦ ĐỀ KHÁC TRONG ĐIỆN TỬ LƯỢNG TỬ: Mô phỏng Monte Carlo về làm sạch quang học của giấy trong chụp cắt lớp mạch lạc quang học”, Điện tử lượng tử 36 2, 174 (2006).
[8] Shengbin Wang, Zhimin Wang, Guolong Cui, Shangshang Shi, Ruimin Shang, Lixin Fan, Wendong Li, Zhiqiang Wei và Yongjian Gu, “Chuẩn bị trạng thái lượng tử hộp đen nhanh dựa trên sự kết hợp tuyến tính của các đơn vị”, Xử lý thông tin lượng tử 20 8, 270 (2021).
[9] Raoul Heese, Patricia Bickert và Astrid Elisa Niederle, "Biểu diễn cây phân loại nhị phân với các đặc trưng nhị phân bằng mạch lượng tử", arXiv: 2108.13207.
[10] Weiwen Jiang, Jinjun Xiong và Yiyu Shi, “Khi học máy gặp máy tính lượng tử: Một nghiên cứu điển hình”, arXiv: 2012.10360.
[11] Tiago ML de Veras, Leon D. da Silva và Adenilton J. da Silva, “Chuẩn bị trạng thái lượng tử thưa thớt gấp đôi”, Xử lý thông tin lượng tử 21 6, 204 (2022).
[12] DA Zimnykov, LV Kuznetsova, OV Ushakova và Risto Myllylä, “Vấn đề đặc biệt dành cho tán xạ nhiều bức xạ trong môi trường ngẫu nhiên: Về ước tính các thông số quang học hiệu quả của môi trường fibrillar đóng kín”, Điện tử lượng tử 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 và Yongjian Gu, “Chuẩn bị trạng thái lượng tử hộp đen với các hệ số nghịch đảo”, arXiv: 2112.05937.
Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2022 / 08-04 12:34:11). Danh sách có thể không đầy đủ vì không phải tất cả các nhà xuất bản đều cung cấp dữ liệu trích dẫn phù hợp và đầy đủ.
Không thể tìm nạp Crossref trích dẫn bởi dữ liệu trong lần thử cuối cùng 2022 / 08-04 12:34:09: Không thể tìm nạp dữ liệu được trích dẫn cho 10.22331 / q-2022 / 08-04-773 từ Crossref. Điều này là bình thường nếu DOI đã được đăng ký gần đây.
Bài viết này được xuất bản trong Lượng tử dưới Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0) giấy phép. Bản quyền vẫn thuộc về chủ sở hữu bản quyền gốc như các tác giả hoặc tổ chức của họ.
