Số lượng CNOT tối thiểu để tăng 4 qubit trên lưới phẳng


8

Gần đây tôi đã tự hỏi làm thế nào máy NISQ cao sẽ có thể "đếm". Điều tôi muốn nói là, với mạch tăng tối ưu nhất mà bạn có thể thực hiện, bạn có thể áp dụng vật lý mạch đó bao nhiêu lần vào trạng thái ban đầu bí mật trước khi có hơn 50% khả năng đầu ra là giá trị sai.

Để đạt được điều đó, tôi cần một mạch tăng tốt thực sự sẽ chạy trên máy NISQ! Ví dụ, điều này có nghĩa là tôn trọng các ràng buộc địa phương và chi phí cho mạch dựa trên số lượng hoạt động 2 qubit được thực hiện (vì đó là những hoạt động ồn ào nhất). Để đơn giản, tôi sẽ nói rằng bộ cổng là "bất kỳ hoạt động qubit đơn + CNOT cục bộ nào trên lưới".

Đối với tôi có vẻ rõ ràng rằng một máy NISQ sẽ có thể áp dụng bộ tăng 3 qubit ít nhất 8 lần (do đó, nó quay trở về 0 và mất số đếm), nhưng tôi nghĩ rằng việc bọc bộ đếm 4 qubit khó khăn hơn nhiều. Do đó, câu hỏi này tập trung vào kích thước đó một cách cụ thể.

Bộ tăng 4 qubit là một mạch có tác dụng hoán vị trạng thái . Giá trị phải được lưu dưới dạng số nguyên nhị phân bổ sung 2 giây trong bốn qubit. Nếu giá trị nằm dưới sự chồng chất, nó vẫn phải được kết hợp sau khi áp dụng bộ tăng (nghĩa là không vướng víu với các qubit khác trừ không gian làm việc tạm thời). Bạn có thể đặt các qubit bất cứ nơi nào bạn muốn trên lưới.|k|k+1(mod16)k


Bạn có thể giải thích (ngắn gọn) những gì bạn có ý nghĩa bằng cách tăng? | x> -> | x + 1> trên k bit, mod 2 ^ k? Và "NISQ" có nghĩa là gì? Và những gì về ancillas - từ câu trả lời của bạn, có vẻ như bạn cho phép họ?
Norbert Schuch

@NorbertSchuch Tôi đã thêm chi tiết về bộ tăng. Đối với NISQ (lượng tử quy mô trung gian ồn ào), xem arxiv.org/abs/1801.00862
Craig Gidney

Cảm ơn. Bạn đang ở địa phương nào? Và "số nguyên nhị phân bổ sung 2s" là gì? Đây có phải chỉ là một chuỗi bit nhị phân?
Norbert Schuch

1
@NorbertSchuch Lưới phẳng. Qubits được định vị ở tọa độ cặp số nguyên và liền kề nếu abs (x1-x2) + abs (y1-y2) == 1. Đối với phần bù hai: có. vi.wikipedia.org/wiki/Two%27s_compuity
Craig Gidney

Điểm của hai bổ sung này là gì? Và tôi có hiểu chính xác rằng điều này về cơ bản có nghĩa là tôi ánh xạ | k> -> | k-1> trong hệ nhị phân bình thường không?
Norbert Schuch

Câu trả lời:


3

Đây là mạch tốt nhất mà tôi tìm thấy. Nó sử dụng 14 CNOT.

Lưu ý rằng mạch này không sử dụng bố trí tuyến tính! Nó được đặt trên lưới như thế này:

0-A-1
  |
  3
  |
  2

Trong đó 'A' là một ancilla được khởi tạo ở trạng thái | 0> và '0', '1', '2', '3' là các qubit tạo nên thanh ghi (với '0' là bit có trọng số thấp nhất).

14 CNOT tăng 4 qubit

Tôi đã xác minh mạch này trong Quirk bằng cách sử dụng tính đối ngẫu trạng thái kênh và nghịch đảo đã biết .

Nếu một người có quyền truy cập vào hoạt động sqrt-of-CNOT, số lượng hoạt động 2 qubit có thể được giảm xuống còn 13 bằng cách hợp nhất hai CNOT và ba Ts ở khu vực phía dưới thành một S được kiểm soát.

Nếu CNOT có tỷ lệ lỗi 0,5% và tất cả các nguồn lỗi khác là không đáng kể, bạn có thể áp dụng mạch này gần mười lần trước khi đạt tỷ lệ thất bại 50%. Ngụ ý một máy NISQ hợp lý có thể "gần như đếm đến mười".

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.