我们用数值方法研究了 1 + 1 维 Haar 随机量子电路的测量驱动量子相变。通过分析三部分互信息,我们能够精确估计临界测量率 pc = 0 . 17(1)。我们提取了与渗透值以及稳定器电路值一致的相关体积临界指数的估计值,但与 Haar 随机情况的先前估计值不同。我们对表面序参数指数的估计似乎与稳定器电路或渗透的估计值不同,但我们不能明确排除三种情况下所有指数都匹配的情况。此外,在 Haar 情况下,纠缠熵 S n 的前因子强烈依赖于 Rényi 指数 n ;对于稳定器电路和渗透,这种依赖性不存在。稳定器电路的结果用于指导我们的研究并识别具有弱有限尺寸效应的度量。我们讨论了我们的数值估计如何限制转变理论。
我们研究了 k -稳定器通用量子态的概念,即 n -量子比特量子态,这样就可以仅使用局部操作和经典通信在任何 k 量子比特上诱导任何稳定器状态。这些状态概括了 Bravyi 等人提出的 k -可配对状态的概念,可以从组合的角度使用图状态和 k -顶点小通用图进行研究。首先,我们证明了 k -稳定器通用图状态的存在,它们的大小在 n = Θ(k2) 量子比特时是最优的。我们还提供了参数,对于这些参数,Θ(k2) 量子比特上的随机图状态以高概率是 k -稳定器通用的。我们的第二个贡献包括在 n = O(k4) 量子比特上 k -稳定器通用图状态的两个明确构造。两者都依赖于有限域 F q 上射影平面的入射图。这比之前已知的 n = O(2 3 k) 的 k 可配对图状态的显式构造有了很大的改进,带来了一类新的、具有强大潜力的多部分量子资源。
Gottesman-Knill定理指出,可以在经典的调查器上进行稳定状态和Pauli测量的稳定态的动力学。该算法可以以多种方式扩展到任意状态和单位,而运行时的成本增加。此运行时可以看作是实现量子电路所需的非稳定器资源的定量。此外,由于非稳定器元素对于通用量子计算是必需的,因此运行时提供了一种测量计算的“非经典性”的方法。这在量子计算的魔术状态模型中特别明显,其中唯一的非稳定器元素由魔术状态给出。因此,在魔术资源理论中,资源是通过魔术单调量来衡量的,魔术单调与经典仿真算法的运行时间相关。
摘要 我们介绍了一种用于量子电路强经典模拟的增强技术,该技术将“稳定器求和”方法与基于 ZX 演算的自动简化策略相结合。最近有研究表明,通过将电路中的非稳定器门表示为魔法状态注入,并将它们一次分解为 2-6 个状态的块,可以对量子电路进行经典模拟,从而获得(可有效模拟的)稳定器状态的总和,并且比简单方法的项少得多。我们将这些技术从具有魔法状态注入的 Clifford 电路的原始设置改编为通用 ZX 图,并表明通过将这种“分块”分解与基于 ZX 演算的简化策略交错,我们可以获得比现有方法小几个数量级的稳定器分解。我们说明了这种技术如何对具有多达 70 个 T 门的随机 50 和 100 量子比特 Clifford + T 电路的输出以及 Bravyi 和 Gosset 先前考虑过的具有超过 1000 个 T 门的隐藏移位电路系列执行精确范数计算(从而进行强模拟)。
我们通过从具有稳定器表示的AME状态构建整个QMDS代码的全部QMDS代码来解决绝对最大纠缠(AME)状态和最大距离可分离(QMD)代码之间的关系。我们为AME状态的稳定器表示的发电机集引入了通用还原友好的形式,可以从中获得所有QMD的稳定器形式。我们的方法将用于相关的高维代码以及基于量子的代码。然后,我们将其与单向量子中继器的最佳代码联系起来,通过最大程度地降低短期基础设施成本以及此类量子中继器的长期运行成本。这将允许我们获得从AME父状态得出的最佳QMDS代码,该代码可用于此类量子中继器。
语境性是量子力学 (QM) 的一个重要的非经典属性,自 20 世纪 60 年代以来就一直在研究 [1, 2],而该领域的最新进展与量子信息处理有关。研究这一问题的一个工具是稳定器形式主义 [3],特别是稳定器状态表表示 (SSTR) [4],它捕捉了量子理论中稳定器子理论的语境行为。它被广泛用于量子误差校正,也是研究量子优势特性的起点。一个典型的问题是,需要在稳定器量子理论中添加什么才能实现量子优势。然而,SSTR 不是本体论模型,而是稳定器子理论中量子态的表示,在内存和计算复杂度上是二次的。一个有趣的问题是,是否可以找到一个计算效率高的本体论模型,更具体地说是一个结果确定性模型。然后可将其用于研究量子优势与本体模型相比而非与稳定器 QM 相比的属性。目前已知的结果确定性模型要么是非语境化的,要么是指数级复杂度。也许最著名的是 2007 年 Spekkens 的玩具理论 (STT) [5],该理论将量子位建模为存在于四种离散本体状态之一中,同时将 Y 的预测测量结果与 X 和 Z 的测量结果联系起来。尽管 STT 是非语境化的,但它仍然可以重现许多量子现象。这成为 8 状态(立方体)模型 [6, 7] 的垫脚石,其中为每个量子位引入了一个额外的自由度,“将 Y 与 X 和 Z 分离”。另一个扩展是量子模拟逻辑 (QSL) [8, 9],见下文。 2019 年,Lillystone 和 Emerson [10] 提出了稳定子理论的上下文 ψ 认知模型,该模型具有结果确定性,但记忆复杂度呈指数增长,这是因为为每个 Pauli 算子分配了一个明确的相位值。还提出了另一种模型,该模型在记忆中是二次的,但该模型不再具有结果确定性。在本文中,我们借鉴了这些先前的努力,以实现我们的目标:
液压系统为表面执行器提供主要和备用液压。对于给定轴上的三个类似的运动反馈传感器故障,使用数字直接电气连接 (DEL) 模式完成控制,该模式提供从飞行员输入传感器到控制表面执行器的直接电气路径。如果三个数字处理器发生故障,则纵向和滚转控制通过对稳定器的备用机械模式完成。机械控制是传统的电缆、推杆和曲柄系统。在机械备用模式下,操纵杆到稳定器传动装置通过非线性连杆进行修改,以提供操纵杆力和偏转或所有飞行条件之间的所需灵敏度。在机械模式下,可通过模拟 DEL 路径控制副翼或方向舵。如果发生完全电气故障,则只能对稳定器进行机械控制。
摘要:量子化学是噪声中型量子 (NISQ) 设备的一个有前途的应用。然而,量子计算机迄今为止尚未成功解决具有真正科学意义的问题,算法的进步对于充分利用当今可用的普通 NISQ 机器来说是必不可少的。我们讨论了一种基于将分子汉密尔顿量划分为两部分的基态能量估计方法:一部分是非上下文的,可以用经典方法求解,另一部分是上下文分量,可通过变分量子特征求解器 (VQE) 程序获得量子校正。这种方法被称为上下文子空间 VQE (CS-VQE);然而,在将其部署到 NISQ 设备上之前,还有一些障碍需要克服。我们在这里解决的问题是 ansatz,即我们在 VQE 期间对其进行优化的参数化量子态;最初并不清楚汉密尔顿量的分裂应如何反映在 CS-VQE ansa ̈ tze 中。我们提出了一种“非上下文投影”方法,该方法由稳定器形式中 CS-VQE 的重新表述所阐明。这定义了从完整电子结构问题到上下文子空间的假设限制,并促进了可在 NISQ 设备上部署的 CS-VQE 的实现。我们使用量子模拟器验证了非上下文投影假设,并展示了一组小分子的化学精确基态能量计算,同时显著减少了所需的量子比特数和电路深度。
在现今的容错量子计算前时代 [1],存在一系列计算理论方案,它们在当前物理设备上实现时表现出一定的优势和不同程度的适用性。奇偶校验量子计算 [2-7] 就是这样一个方案,最初基于量子退火 [2]。通用奇偶校验计算框架 [3] 利用了某种类型的量子态编码(即奇偶校验编码)的属性。这种编码将 n 个量子比特的逻辑状态映射到 n(n+1)=2 个物理量子比特上,其中一些物理量子比特获得与逻辑量子比特子集相关的奇偶校验信息。因此,对这些奇偶校验量子比特进行局部的某些旋转会转化为对相应子集进行多量子比特逻辑旋转 [3]。奇偶校验码是一种稳定器码 [8,9],使用稳定器形式可以很好地理解该码的许多属性。已知稳定器状态和稳定器代码具有规范形式,分别为图状态 [10,11] 和图代码 [12 – 14]。图状态形成一类重要的高度纠缠态,支持基于测量的量子计算 (MBQC) [15 – 20]。MBQC 是一种众所周知的量子电路模型替代方案,由单量子位投影测量而不是幺正门驱动。最近,提出了一种基于测量的编码和解码程序提案,用于奇偶校验计算机制 [21],在计算深度方面表现出有益的特性。由于稳定器代码和图代码之间的密切联系,有必要研究与 MBQC 的潜在联系,我们在本信中开始这项研究。
在本文中,我们展示了非稳定器资源理论如何量化直接保真度估计协议的难度。特别是,对一般状态进行直接保真度估计所需的资源,例如 Pauli 保真度估计和影子保真度估计协议,会随着稳定器 Rényi 熵的增加而呈指数增长 [1]。值得注意的是,这些协议只对那些无法获得任何量子加速或优势的状态可行。这一结果表明不可能有效地估计一般状态的保真度,同时为那些专门用于直接估计特定状态保真度的协议打开了一扇窗户。然后,我们将结果扩展到量子演化,表明证明给定酉 U 实施质量所需的资源受与 U 相关的 Choi 状态的非稳定器控制,而这已被证明与超时序相关器有着深刻的联系。