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位相、エネルギー、および振幅の推定のためのより高速なコヒーレント量子アルゴリズム

日付:

パトリック・ラル

テキサス大学オースティン校量子情報センター

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抽象

次の条件で位相推定を実行することを検討します。入力状態のコピーがXNUMXつだけ与えられ、入力状態がユニタリの固有状態である必要はなく、状態を測定してはなりません。 ほとんどの量子推定アルゴリズムは、教科書のアプローチのみを残して、この「コヒーレント」設定に適さないという仮定を立てています。 フェーズ、エネルギー、および振幅の推定のための新しいアルゴリズムを提示します。これらは、教科書の方法よりも概念的にも計算的にも単純であり、クエリの複雑さが小さく、補助的なフットプリントが特徴です。 それらは量子フーリエ変換を必要とせず、いくつかの推定値の中央値を計算するために量子ソーティングネットワークを必要としません。 代わりに、ブロックエンコーディング技術を使用して、一度にXNUMXビットずつ推定値を計算し、特異値変換を介してすべての増幅を実行します。 これらの改善されたサブルーチンは、量子メトロポリスサンプリングと量子ベイズ推定のパフォーマンスを加速します。


TQC2021でのプレゼンテーション

量子コンピューティングの基本的な目的は、物理システムの研究を支援することです。 この分野での最も初期の結果の20つは、システムのエネルギーを測定するための高速量子アルゴリズムでした。これは、他の量子アルゴリズムの構成要素として機能します。 ただし、このアルゴリズムは非常に複雑で分析が困難です。 この論文では、推定の各ビットを抽出するハミルトニアンに多項式を適用することに基づく、より簡単な方法を提示します。 この技術は、従来の最先端技術よりも最大XNUMX倍高速です。

►BibTeXデータ

►参照

[1] Pawel Wocjan、Kristan Temme、Szegedy Walk Unitaries for Quantum Maps arXiv:2107.07365(2021)。
arXiv:2107.07365

[2] John M. Martyn、Zane M. Rossi、Andrew K. Tan、Isaac L. Chuang、量子アルゴリズムの大統一arXiv:2105.02859(2021)。
arXiv:2105.02859

[3] Lin Lin、Yu Tong、Heisenberg-初期のフォールトトレラント量子コンピューターの基底状態エネルギー推定arXiv:2102.11340(2021)。
arXiv:2102.11340

[4]アール・T・キャンベル、ハバードモデルarXiv:2012.09238(2020)の初期のフォールトトレラントシミュレーション。
arXiv:2012.09238

[5] Yuan Su、Hsin-Yuan Huang、Earl T. Campbell、相互作用する電子のほぼタイトなトロッター化arXiv:2012.09194 Quantum 5、495(2020)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-07-05-495
arXiv:2012.09194

[6] Alexander Engel、Graeme Smith、Scott E. Parker、量子計算を非線形動的システムに適用するためのフレームワークarXiv:2012.06681 Physics of Plasmas 28、062305(2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1063 / 5.0040313
arXiv:2012.06681

[7] Dong An、Noah Linden、Jin-Peng Liu、Ashley Montanaro、Changpeng Shao、Jiasu Wang、数理ファイナンスにおける確率微分方程式のための量子加速マルチレベルモンテカルロ法arXiv:2012.06283 Quantum 5、481(2020)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-06-24-481
arXiv:2012.06283

[8]アイザック・チュアン、量子アルゴリズムの大統一。 IQCウォータールーでのセミナー発表。 (2020)。
https:/ / uwaterloo.ca/ Institute-for-quantum-computing / events / grand-unification-quantum-algorithms

[9] Lewis Wright、Fergus Barratt、James Dborin、George H. Booth、Andrew G. Green、Ancillae Thermalisationによる自動事後選択arXiv:2010.04173Phys。 Rev. Research 3、033151(2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.033151
arXiv:2010.04173

[10] Srinivasan Arunachalam、Vojtech Havlicek、Giacomo Nannicini、Kristan Temme、Pawel Wocjan、Gibbs分配関数arXiv:2009.11270(2020)のより単純な(古典的)およびより高速な(量子)アルゴリズム。
arXiv:2009.11270

[11]AndrásGilyén、Zhao Song、Ewin Tang、線形回帰のための改良された量子に触発されたアルゴリズムarXiv:2009.07268(2020)。
arXiv:2009.07268

[12] Phillip WK Jensen、LasseBjørnKristensen、Jakob S. Kottmann、AlánAspuru-Guzik、ターゲット間隔内の固有値の量子計算Quantum Science and Technology 6、015004 arXiv:2005.13434(2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / abc096
arXiv:2005.13434

[13] Patrick Rall、Block-EncodingsPhysを使用して物理量を推定するための量子アルゴリズム。 Rev.A 102、022408 arXiv:2004.06832(2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
arXiv:2004.06832

[14] Alessandro Roggero、ガウス積分変換物理法によるスペクトル密度推定。 Rev.A 102、022409 arXiv:2004.04889(2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022409
arXiv:2004.04889

[15] Rui Chao、Dawei Ding、Andras Gilyen、Cupjin Huang、Mario Szegedy、Machine Precisionを使用した量子信号処理の角度の検出arXiv:2003.02831(2020)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
arXiv:2003.02831

[16] Lin Lin、Yu Tong、ほぼ最適な基底状態の準備arXiv:2002.12508 Quantum 4、372(2020)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-12-14-372
arXiv:2002.12508

[17] Andrew M. Childs、Yuan Su、Minh C. Tran、Nathan Wiebe、Shuchen Zhu、A Theory of TrotterErrorPhys。 Rev. X 11、011020 arXiv:1912.08854(2019)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011020
arXiv:1912.08854

[18] Dmitry Grinko、Julien Gacon、Christa Zoufal、Stefan Woerner、反復量子振幅推定npj Quantum Inf 7、52 arXiv:1912.05559(2019)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-021-00379-1
arXiv:1912.05559

[19] Jessica Lemieux、Bettina Heim、David Poulin、Krysta Svore、Matthias Troyer、Metropolis-Hastings Algorithm Quantum 4、287 arXiv:1910.01659(2019)の効率的な量子ウォーク回路。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-29-287
arXiv:1910.01659

[20]スコット・アーロンソン、パトリック・ラル、量子近似カウント、アルゴリズムの単純性に関する簡略化されたシンポジウム。 2020、24-32 arXiv:1908.10846(2019)。
https:/ / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611976014.5
arXiv:1908.10846

[21] Aram W. Harrow、Annie Y. Wei、ベイズ推定および分配関数の推定のための適応量子シミュレーテッドアニーリングProc。 SODA 2020 arXiv:1907.09965(2019)の
https:/ / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611975994.12
arXiv:1907.09965

[22] Iordanis Kerenidis、Jonas Landman、Alessandro Luongo、およびAnupam Prakash、q-means:教師なし機械学習の量子アルゴリズムarXiv:1812.03584 NIPS 32(2018)。
arXiv:1812.03584

[23] Yassine Hamoudi、FrédéricMagniez、Quantum Chebyshevの不等式とアプリケーションICALP、LIPIcs Vol 132、69:1-99:16 arXiv:1807.06456(2018)。
https:/ / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.69
arXiv:1807.06456

[24] Jeongwan Haah、量子信号処理における周期関数の積分解Quantum 3、190. arXiv:1806.10236(2018)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-10-07-190
arXiv:1806.10236

[25]AndrásGilyén、Yuan Su、Guang Hao Low、Nathan Wiebe、量子特異値変換以降:量子行列演算の指数関数的改善arXiv:1806.01838コンピューティング理論に関する第51回ACM SIGACTシンポジウム(STOC 2019)の議事録193ページ–204(2018)。
arXiv:1806.01838

[26] David Poulin、Alexei Kitaev、Damian S. Steiger、Matthew B. Hastings、Matthias Troyer、より低いゲート数のスペクトル測定のための量子アルゴリズムarXiv:1711.11025Phys。 レット牧師121、010501(2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.010501
arXiv:1711.11025

[27] Guang Hao Low、Isaac L. Chuang、均一スペクトル増幅によるハミルトニアンシミュレーションarXiv:1707.05391(2017)。
arXiv:1707.05391

[28] Iordanis Kerenidis、Anupam Prakash、線形システムおよび最小二乗法の量子勾配降下法arXiv:1704.04992Phys。 Rev.A 101、022316(2017)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.022316
arXiv:1704.04992

[29] Yosi Atia、Dorit Aharonov、ハミルトニアンの早送りと指数関数的に正確な測定Nature Communications volume 8、1572 arXiv:1610.09619(2016)。
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-017-01637-7
arXiv:1610.09619

[30] Guang Hao Low、Isaac L. Chuang、Qubitization Quantum 3によるハミルトニアンシミュレーション、163 arXiv:1610.06546(2016)。
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-07-12-163
arXiv:1610.06546

[31] Guang Hao Low、Isaac L. Chuang、量子信号処理物理学による最適ハミルトニアンシミュレーション。 レット牧師118、010501 arXiv:1606.02685(2016)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
arXiv:1606.02685

[32] Iordanis Kerenidis、Anupam Prakash、Quantum Recommendation Systems arXiv:1603.08675 ITCS 2017、p。 49:1–49:21(2016)。
https:/ / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ITCS.2017.49
arXiv:1603.08675

[33] Andrew M. Childs、Robin Kothari、Rolando D. Somma、精度への依存度が指数関数的に改善された線形連立方程式の量子アルゴリズムSIAM Journal on Computing 46、1920-1950 arXiv:1511.02306(2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
arXiv:1511.02306

[34]アシュリー・モンタナロ、モンテカルロ法の量子高速化Proc。 ロイ。 Soc。 Ser。 A、vol。 471号2181、20150301 arXiv:1504.06987(2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1098 / rspa.2015.0301
arXiv:1504.06987

[35] Shelby Kimmel、Guang Hao Low、Theodore J. Yoder、ロバスト位相推定物理学によるユニバーサルシングルキュービットゲートセットのロバストキャリブレーション。 Rev.A 92、062315 arXiv:1502.02677(2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.062315
arXiv:1502.02677

[36]ドミニク・W・ベリー、アンドリュー・M・チャイルズ、ロビン・コタリ、すべてのパラメーターにほぼ最適に依存するハミルトニアンシミュレーションarXiv:1501.01715Proc。 FOCS、pp。792-809(2015)。
https:/ / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2015.54
arXiv:1501.01715

[37] Amnon Ta-Shma、量子ログスペースSTOC '13の条件の整った行列の反転、881〜890ページ(2013)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 2488608.2488720

[38] Robert Beals、Stephen Brierley、Oliver Grey、Aram Harrow、Samuel Kutin、Noah Linden、Dan Shepherd、Mark Stather、Efficient Distributed QuantumComputingProc。 R.Soc。 A 2013 469、20120686 arXiv:1207.2307(2012)。
https:/ / doi.org/ 10.1098 / rspa.2012.0686
arXiv:1207.2307

[39] Maris Ozols、Martin Roetteler、JérémieRoland、Quantum Rejection Sampling arXiv:1103.2774 IRCS'12ページ290-308(2011)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 2493252.2493256
arXiv:1103.2774

[40] Man-Hong Yung、AlánAspuru-Guzik、A Quantum-Quantum Metropolis Algorithm arXiv:1011.1468 PNAS 109、754-759(2011)。
https:/ / doi.org/ 10.1073 / pnas.1111758109
arXiv:1011.1468

[41] Andris Ambainis、連立一次方程式を解くための可変時間振幅増幅およびより高速な量子アルゴリズムarXiv:1010.4458 STACS'12、636-647(2010)。
https:/ / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2012.636
arXiv:1010.4458

[42] K. Temme、TJ Osborne、KG Vollbrecht、D。Poulin、F。Verstraete、Quantum Metropolis Sampling arXiv:0911.3635 Nature volume 471、87〜90ページ(2009)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / nature09770
arXiv:0911.3635

[43] Ilias Diakonikolas、Parikshit Gopalan、Ragesh Jaiswal、Rocco Servedio、Emanuele Viola、Bounded Independence Fools Halfspaces arXiv:0902.3757 FOCS '09、ページ171–180(2009)。
arXiv:0902.3757

[44] Aram W. Harrow、Avinatan Hassidim、Seth Lloyd、線形連立方程式を解くための量子アルゴリズムPhys。 レット牧師103、150502 arXiv:0811.3171(2008)。
https:/ / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
arXiv:0811.3171

[45] BL Higgins、DW Berry、SD Bartlett、HM Wiseman、GJ Pryde、エンタングルメントフリーのハイゼンベルグ限定位相推定Nature.450:393-396 arXiv:0709.2996(2007)。
https:/ / doi.org/ 10.1038 / nature06257
arXiv:0709.2996

[46]クリス・マリオット、ジョン・ワトラス、クォンタム・アーサー-マーリン・ゲームズCC、14(2):122 – 152 arXiv:cs / 0506068(2005)。
https:/ / doi.org/ 10.1007 / s00037-005-0194-x
arXiv:cs / 0506068

[47] Mario Szegedy、マルコフ連鎖ベースのアルゴリズムの量子高速化FOCS '04、32〜41ページ(2004)。
https:/ / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2004.53

[48] Hartmut Klauck、STOC 03をソートするための量子時間と空間のトレードオフ、69〜76ページarXiv:quant-ph / 0211174(2002)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 780542.780553
arXiv:quant-ph / 0211174

[49] Peter Hoyer、Jan Neerbek、Yaoyun Shi、順序付けられた検索、並べ替え、および要素の区別の量子複雑性28th ICALP、LNCS 2076、pp。346-357 arXiv:quant-ph / 0102078(2001)。
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-48224-5_29
arXiv:quant-ph / 0102078

[50]アイザック・チュアンとマイケル・ニールセン、量子計算と量子情報ケンブリッジ大学出版局。 ISBN-13:978-1107002173(2000)。

[51] Gilles Brassard、Peter Hoyer、Michele Mosca、Alain Tapp、Quantum Amplitude Amplification and Evaluation Quantum Computation and Quantum Information、305:53-74 arXiv:quant-ph / 0005055(2000)。
https:/ / doi.org/ 10.1090 / conm / 305/05215
arXiv:quant-ph / 0005055

[52] Dorit Aharonov、Alexei Kitaev、Noam Nisan、混合状態の量子回路STOC '97、20〜30ページarXiv:quant-ph / 9806029(1998)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 276698.276708
arXiv:quant-ph / 9806029

[53] Ashwin Nayak、Felix Wu、中央値および関連する統計を近似する量子クエリの複雑さarXiv:quant-ph / 9804066 STOC '99 pp 384-393(1998)。
https:/ / doi.org/ 10.1145 / 301250.301349
arXiv:quant-ph / 9804066

[54] Charles H. Bennett、Ethan Bernstein、Gilles Brassard、Umesh Vazirani、量子コンピューティングの長所と短所arXiv:quant-ph / 9701001 SIAM Journal on Computing 26(5):1510-1523(1997)。
https:/ / doi.org/ 10.1137 / S0097539796300933
arXiv:quant-ph / 9701001

[55] A。ユウ。 キタエフ、量子測定とアーベル安定化問題arXiv:quant-ph / 9511026(1995)。
arXiv:quant-ph / 9511026

[56] Peter W. Shor、素因数分解と量子対数の離散対数のための多項式時間アルゴリズムSIAMJ.Sci.Statist.Comput。 26、1484 arXiv:quant-ph / 9508027(1995)。
https:/ / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172
arXiv:quant-ph / 9508027

[57] Theodore J. Rivlin、関数の近似の概要Dover Publications、Inc.ニューヨーク。 ISBN-13:978-0486640693(1969)。

によって引用

[1] Yuan Su、Hsin-Yuan Huang、Earl T. Campbell、「相互作用する電子のほぼタイトなトロッター化」、 arXiv:2012.09194.

[2] John M. Martyn、Zane M. Rossi、Andrew K. Tan、およびIsaac L. Chuang、「量子アルゴリズムの大統一」、 arXiv:2105.02859.

上記の引用は SAO / NASA ADS (最後に正常に更新された2021-10-23 15:14:11)。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。

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ソース:https://quantum-journal.org/papers/q-2021-10-19-566/

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