Effiziente klassische Simulation von verrauschten IQP-Schaltkreisen mit konstanter Tiefe

แนวคิดหลัก

Für beliebige IQP-Schaltkreise mit Dephasierungs- oder Depolarisationsrauschen kann die Ausgabeverteilung effizient von einem klassischen Computer abgetastet werden, wenn die Tiefe größer als ein kritischer Schwellenwert ist.

บทคัดย่อ

Die Studie zeigt, dass für IQP-Schaltkreise mit Dephasierungs- oder Depolarisationsrauschen, deren Tiefe größer als ein kritischer Schwellenwert von O(1) ist, die Ausgabeverteilung effizient von einem klassischen Computer abgetastet werden kann.

Im Gegensatz zu anderen Simulationsalgorithmen für Quantenüberlegenheitsaufgaben benötigen wir keine Annahmen über die Architektur des Schaltkreises, über Antikonzentrationseigenschaften noch eine Ω(log(n)) Schaltkreistiefe. Wir nutzen die Tatsache, dass IQP-Schaltkreise tiefe Abschnitte mit diagonalen Toren haben, was es dem Rauschen ermöglicht, vorhersagbar aufzubauen und einen großflächigen Zusammenbruch der Verschränkung innerhalb des Schaltkreises zu bewirken.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Quantenüberlegenheitsexperimente basierend auf IQP-Schaltkreisen möglicherweise anfälliger für klassische Simulation sind als bisher angenommen.

สถิติ

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Qubit in jedem Schritt einen Dephasierungsfehler erhält, ist 1-q = (1-(1-2p)^d)^r.

คำพูด

Die Tiefe, bei der die klassische Simulierbarkeit einsetzt, ist O(p^-1 log k p^-1).
Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass fehlertolerante Implementierungen von IQP-Schaltkreisen mit O(1)-lokalen Operationen von superkonstanter Tiefe vom IQP-Rahmen abweichen müssen.

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญจาก

Polynomial-Time Classical Simulation of Noisy IQP Circuits with Constant Depth

by Joel Rajakum... ที่ arxiv.org 03-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.14607.pdf

สอบถามเพิ่มเติม

Wie könnte man die Ergebnisse auf andere Arten von Quantenüberlegenheitsexperimenten wie Boson-Sampling oder zufälliges Schaltkreis-Sampling erweitern

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Neben Pauli-Kanälen könnten auch andere Rauschmodelle zu klassischer Simulierbarkeit bei konstanter Tiefe führen. Ein mögliches Rauschmodell könnte beispielsweise das Phasenrauschen sein, das die Phaseninformation der Qubits stört. Wenn das Phasenrauschen stark genug ist und sich während der Schaltung aufbaut, könnte es zu einer effizienten klassischen Simulation führen. Ein weiteres Rauschmodell könnte das Amplitudenrauschen sein, das die Amplituden der Qubit-Zustände verändert. Wenn das Amplitudenrauschen die Quantenüberlegenheit des Schaltkreises beeinträchtigt und zu einer vorhersehbaren Zerstörung der Quanteninformation führt, könnte dies ebenfalls zu klassischer Simulierbarkeit führen.

Wie könnte man die Erkenntnisse über die Grenzen der Fehlertoleranz in IQP-Schaltkreisen nutzen, um neue Ansätze für fehlertolerante Quantencomputing-Architekturen zu entwickeln

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