Logo Zephyrnet

Các thuật toán lượng tử mạch lạc nhanh hơn để ước tính pha, năng lượng và biên độ

Ngày:

Patrick Rall

Trung tâm Thông tin Lượng tử, Đại học Texas tại Austin

Tìm bài báo này thú vị hay muốn thảo luận? Scite hoặc để lại nhận xét về SciRate.

Tóm tắt

Chúng tôi xem xét việc thực hiện ước tính pha trong các điều kiện sau: chúng tôi chỉ được cung cấp một bản sao của trạng thái đầu vào, trạng thái đầu vào không phải là trạng thái riêng của đơn nguyên và trạng thái không được đo lường. Hầu hết các thuật toán ước lượng lượng tử đưa ra các giả định khiến chúng không phù hợp với thiết lập 'nhất quán' này, chỉ còn lại cách tiếp cận trong sách giáo khoa. Chúng tôi trình bày các thuật toán mới để ước tính pha, năng lượng và biên độ, đơn giản hơn cả về mặt khái niệm và tính toán so với phương pháp sách giáo khoa, có cả độ phức tạp truy vấn nhỏ hơn và dấu vết ancilla. Chúng không yêu cầu biến đổi Fourier lượng tử, và chúng không yêu cầu mạng phân loại lượng tử để tính giá trị trung bình của một số ước lượng. Thay vào đó, họ sử dụng các kỹ thuật mã hóa khối để tính toán ước tính từng bit một, thực hiện tất cả việc khuếch đại thông qua biến đổi giá trị đơn lẻ. Các chương trình con được cải tiến này đẩy nhanh hiệu suất của lấy mẫu Metropolis lượng tử và suy luận Bayes lượng tử.


Tham luận tại TQC 2021

Mục tiêu cơ bản của tính toán lượng tử là giúp nghiên cứu các hệ thống vật lý. Một trong những kết quả sớm nhất trong lĩnh vực này là thuật toán lượng tử nhanh để đo năng lượng của một hệ thống, có thể đóng vai trò như một khối xây dựng cho các thuật toán lượng tử khác. Tuy nhiên thuật toán này rất phức tạp và khó phân tích. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một phương pháp đơn giản hơn dựa trên việc áp dụng đa thức cho Hamilton để trích xuất từng bit của ước lượng. Kỹ thuật này nhanh hơn gấp 20 lần so với kỹ thuật hiện đại trước đây.

► Dữ liệu BibTeX

► Tài liệu tham khảo

[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, A Grand Unification of Quantum Algorithm arXiv: 2105.02859 (2021).
arXiv: 2105.02859

[3] Lin Lin, Yu Tong, ước tính năng lượng trạng thái cơ bản giới hạn Heisenberg cho máy tính lượng tử chịu lỗi sớm arXiv: 2102.11340 (2021).
arXiv: 2102.11340

[4] Earl T. Campbell, Các mô phỏng sớm có khả năng chịu lỗi của mô hình Hubbard arXiv: 2012.09238 (2020).
arXiv: 2012.09238

[5] Yuan Su, Hsin-Yuan Huang, Earl T. Campbell, Sự chuyển hóa gần như chặt chẽ của các electron tương tác 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, Khung áp dụng tính toán lượng tử cho các hệ động lực phi tuyến 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, Phương pháp Monte Carlo đa cấp gia tốc lượng tử cho phương trình vi phân ngẫu nhiên trong tài chính toán học arXiv: 2012.06283 Quantum 5, 481 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-06-24-481
arXiv: 2012.06283

[8] Isaac Chuang, Sự thống nhất lớn của các thuật toán lượng tử. Buổi thuyết trình hội thảo tại IQC Waterloo. (Năm 2020).
https: / / uwaterloo.ca/ Institute-for-quantum-computing / events / grand-unification-quantum-systems

[9] Lewis Wright, Fergus Barratt, James Dborin, George H. Booth, Andrew G. Green, Tự động chọn hậu bởi Ancillae Thermalisation arXiv: 2010.04173 Phys. 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, Simpler (cổ điển) và thuật toán nhanh hơn (lượng tử) cho các hàm phân vùng Gibbs arXiv: 2009.11270 (2020).
arXiv: 2009.11270

[11] András Gilyén, Zhao Song, Ewin Tang, Một thuật toán lấy cảm hứng từ lượng tử cải tiến cho hồi quy tuyến tính arXiv: 2009.07268 (2020).
arXiv: 2009.07268

[12] Phillip WK Jensen, Lasse Bjørn Kristensen, Jakob S. Kottmann, Alán Aspuru-Guzik, Tính toán lượng tử của các giá trị Eigen trong Khoảng mục tiêu Khoa học và Công nghệ Lượng tử 6, 015004 arXiv: 2005.13434 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088/2058-9565 / abc096
arXiv: 2005.13434

[13] Patrick Rall, Các thuật toán lượng tử để ước tính các đại lượng vật lý bằng cách sử dụng vật lý mã hóa khối. Phiên bản A 102, 022408 arXiv: 2004.06832 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
arXiv: 2004.06832

[14] Alessandro Roggero, Ước tính mật độ phổ với Vật lý biến đổi tích phân Gaussian. Phiên bản 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, Tìm góc để xử lý tín hiệu lượng tử với Machine Precision arXiv: 2003.02831 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
arXiv: 2003.02831

[16] Lin Lin, Yu Tong, Chuẩn bị trạng thái cơ bản gần tối ưu 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 Trotter Error Phys. 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, Ước tính biên độ lượng tử lặp lại 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, Mạch đi bộ lượng tử hiệu quả cho lượng tử thuật toán Metropolis-Hastings 4, 287 arXiv: 1910.01659 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-29-287
arXiv: 1910.01659

[20] Scott Aaronson, Patrick Rall, Đếm gần đúng lượng tử, Hội nghị chuyên đề đơn giản hóa về tính đơn giản trong thuật toán. 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, Quá trình ủ mô phỏng lượng tử thích ứng cho sự suy luận Bayes và ước tính các chức năng phân vùng Proc. của SODA 2020 arXiv: 1907.09965 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 1.9781611975994.12
arXiv: 1907.09965

[22] Iordanis Kerenidis, Jonas Landman, Alessandro Luongo và Anupam Prakash, q-mean: Một thuật toán lượng tử cho máy học không giám sát arXiv: 1812.03584 NIPS 32 (2018).
arXiv: 1812.03584

[23] Yassine Hamoudi, Frédéric Magniez, Quantum Chebyshev's Inequality and Applications ICALP, LIPIcs Vol 132, trang 69: 1-99: 16 arXiv: 1807.06456 (2018).
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.69
arXiv: 1807.06456

[24] Jeongwan Haah, Sự phân hủy sản phẩm của các chức năng định kỳ trong lượng tử xử lý tín hiệu lượng tử 3, 190. arXiv: 1806.10236 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-10-07-190
arXiv: 1806.10236

[25] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low, Nathan Wiebe, Biến đổi giá trị kỳ dị lượng tử và hơn thế nữa: những cải tiến theo cấp số nhân đối với số học ma trận lượng tử arXiv: 1806.01838 Kỷ yếu Hội nghị ACM SIGACT Thường niên lần thứ 51 về Lý thuyết Máy tính (STOC 2019) Trang 193 –204 (năm 2018).
arXiv: 1806.01838

[26] David Poulin, Alexei Kitaev, Damian S. Steiger, Matthew B. Hastings, Matthias Troyer, Thuật toán lượng tử cho phép đo phổ với số lượng cổng dưới arXiv: 1711.11025 Phys. Rev. Lett. 121, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.121.010501
arXiv: 1711.11025

[27] Guang Hao Low, Isaac L. Chuang, Mô phỏng Hamilton bằng Khuếch đại Phổ đồng nhất arXiv: 1707.05391 (2017).
arXiv: 1707.05391

[28] Iordanis Kerenidis, Anupam Prakash, Giảm độ dốc lượng tử cho hệ thống tuyến tính và bình phương nhỏ nhất arXiv: 1704.04992 Phys. Phiên bản A 101, 022316 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.022316
arXiv: 1704.04992

[29] Yosi Atia, Dorit Aharonov, Chuyển tiếp nhanh của Hamiltonians và các phép đo chính xác theo cấp số nhân Nature Communications tập 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, Mô phỏng Hamilton bằng Lượng tử Số hóa 3, 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, Mô phỏng Hamilton tối ưu bằng Vật lý Xử lý Tín hiệu Lượng tử. Rev. Lett. 118, 010501 arXiv: 1606.02685 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
arXiv: 1606.02685

[32] Iordanis Kerenidis, Anupam Prakash, Hệ thống khuyến nghị lượng tử arXiv: 1603.08675 ITCS 2017, tr. 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, Thuật toán lượng tử cho hệ phương trình tuyến tính với sự phụ thuộc được cải thiện theo cấp số nhân vào SIAM Journal on Computing 46, 1920-1950 arXiv: 1511.02306 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
arXiv: 1511.02306

[34] Ashley Montanaro, Tăng tốc lượng tử của phương pháp Monte Carlo Proc. Roy. Soc. Người phục vụ. A, quyển sách. 471 không. 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, Hiệu chuẩn Mạnh mẽ của Bộ Cổng một Qubit Đa năng thông qua Vật lý Ước tính Giai đoạn Mạnh mẽ. Rev. A 92, 062315 arXiv: 1502.02677 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.062315
arXiv: 1502.02677

[36] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, Robin Kothari, Mô phỏng Hamilton với sự phụ thuộc gần như tối ưu vào tất cả các tham số arXiv: 1501.01715 Proc. FOCS, trang 792-809 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2015.54
arXiv: 1501.01715

[37] Amnon Ta-Shma, Đảo ngược các ma trận được điều hòa tốt trong không gian log lượng tử STOC '13, Trang 881–890 (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, Proc Máy tính Lượng tử Phân tán Hiệu quả. 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, Jérémie Roland, Lấy mẫu từ chối lượng tử arXiv: 1103.2774 IRCS'12 trang 290-308 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 2493252.2493256
arXiv: 1103.2774

[40] Man-Hong Yung, Alán Aspuru-Guzik, Một thuật toán đô thị lượng tử arXiv: 1011.1468 PNAS 109, 754-759 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1111758109
arXiv: 1011.1468

[41] Andris Ambainis, Khuếch đại biên độ thời gian biến đổi và thuật toán lượng tử nhanh hơn để giải hệ phương trình tuyến tính 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, trang 87–90 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên09770
arXiv: 0911.3635

[43] Ilias Diakonikolas, Parikshit Gopalan, Ragesh Jaiswal, Rocco Servedio, Emanuele Viola, Bound Independence Fools Halfspaces arXiv: 0902.3757 FOCS '09, Trang 171–180 (2009).
arXiv: 0902.3757

[44] Aram W. Harrow, Avinatan Hassidim, Seth Lloyd, Thuật toán lượng tử để giải hệ phương trình tuyến tính Phys. Rev. Lett. 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, Ước lượng pha giới hạn Heisenberg không vướng víu Bản chất.450: 393-396 arXiv: 0709.2996 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1038 / thiên nhiên06257
arXiv: 0709.2996

[46] Chris Marriott, John Watrous, Quantum Arthur-Merlin Games CC, 14 (2): 122 - 152 arXiv: cs / 0506068 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00037-005-0194-x
arXiv: cs / 0506068

[47] Mario Szegedy, Tăng tốc lượng tử của các thuật toán dựa trên chuỗi Markov FOCS '04, Trang 32-41 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2004.53

[48] ​​Hartmut Klauck, Sự cân bằng không gian-thời gian lượng tử để sắp xếp STOC 03, Trang 69–76 arXiv: quant-ph / 0211174 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780542.780553
arXiv: quant-ph / 0211174

[49] Peter Hoyer, Jan Neerbek, Yaoyun Shi, Độ phức tạp lượng tử của tìm kiếm theo thứ tự, sắp xếp và tính khác biệt của phần tử ICALP thứ 28, LNCS 2076, trang 346-357 arXiv: quant-ph / 0102078 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-48224-5_29
arXiv: quant-ph / 0102078

[50] Isaac Chuang và Michael Nielsen, Tính toán lượng tử và Thông tin lượng tử Nhà xuất bản Đại học Cambridge. ISBN-13: 978-1107002173 (2000).

[51] Gilles Brassard, Peter Hoyer, Michele Mosca, Alain Tapp, Khuếch đại biên độ lượng tử và ước tính thông tin lượng tử và thông tin lượng tử, 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, Mạch lượng tử với các trạng thái hỗn hợp STOC '97, trang 20-30 arXiv: quant-ph / 9806029 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 276698.276708
arXiv: quant-ph / 9806029

[53] Ashwin Nayak, Felix Wu, Độ phức tạp truy vấn lượng tử của việc tính gần đúng số liệu thống kê trung bình và liên quan arXiv: quant-ph / 9804066 STOC '99 trang 384-393 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 301250.301349
arXiv: quant-ph / 9804066

[54] Charles H. Bennett, Ethan Bernstein, Gilles Brassard, Umesh Vazirani, Điểm mạnh và Điểm yếu của Máy tính lượng tử arXiv: quant-ph / 9701001 Tạp chí SIAM về Máy tính 26 (5): 1510-1523 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539796300933
arXiv: quant-ph / 9701001

[55] A. Yu. Kitaev, Phép đo lượng tử và Vấn đề Ổn định Abelian arXiv: quant-ph / 9511026 (1995).
arXiv: quant-ph / 9511026

[56] Peter W. Shor, Các thuật toán đa thức-thời gian cho thừa số nguyên tố và logarit rời rạc trên máy tính lượng tử SIAM J.Sci.Statist.Comput. 26, 1484 arXiv: quant-ph / 9508027 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172
arXiv: quant-ph / 9508027

[57] Theodore J. Rivlin, Giới thiệu về Sự xấp xỉ của các chức năng Dover Publications, Inc. New York. ISBN-13: 978-0486640693 (1969).

Trích dẫn

[1] Yuan Su, Hsin-Yuan Huang, và Earl T. Campbell, "Sự chuyển hóa gần như chặt chẽ của các electron tương tác", arXiv: 2012.09194.

[2] John M. Martyn, Zane M. Rossi, Andrew K. Tan và Isaac L. Chuang, “Một sự thống nhất lớn của các thuật toán lượng tử”, arXiv: 2105.02859.

Các trích dẫn trên là từ SAO / NASA ADS (cập nhật lần cuối thành công 2021 / 10-23 15:14:11). 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.

On Dịch vụ trích dẫn của Crossref không có dữ liệu về các công việc trích dẫn được tìm thấy (lần thử cuối cùng 2021 / 10-23 15:14:09).

PlatoAi. Web3 được mô phỏng lại. Khuếch đại dữ liệu thông minh.
Nhấn vào đây để truy cập.

Nguồn: https://quantum-journal.org/ con / q-2021 / 10-19-566 /

tại chỗ_img

Tin tức mới nhất

tại chỗ_img