พหุนามโจนส์


12

มีอัลกอริธึมควอนตัมมาตรฐานที่เป็นธรรมจำนวนมากที่ทุกคนสามารถเข้าใจได้ภายในกรอบที่คล้ายกันมากจากปัญหาของอัลกอรึทึมของไซม่อนไซมอนการค้นหาของโกรเวอร์อัลกอริทึมของชอร์และอื่น ๆ

ขั้นตอนวิธีการหนึ่งที่ดูเหมือนว่าจะแตกต่างอย่างสิ้นเชิงเป็นอัลกอริทึมสำหรับการประเมินโจนส์พหุนาม ยิ่งไปกว่านั้นดูเหมือนว่านี่เป็นอัลกอริทึมที่สำคัญในการทำความเข้าใจในแง่ที่ว่ามันเป็นปัญหาที่สมบูรณ์แบบ BQP : มันแสดงให้เห็นถึงพลังที่เต็มไปด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม นอกจากนี้สำหรับตัวแปรของปัญหาก็DQC-1 ที่สมบูรณ์คือมันแสดงถึงอำนาจเต็มของหนึ่ง qubit

อัลกอริทึมโจนส์พหุนามกระดาษนำเสนอขั้นตอนวิธีการในทางที่แตกต่างกันมากกับอัลกอริทึมควอนตัมอื่น ๆ มีวิธีที่คล้ายกัน / คุ้นเคยมากกว่าที่ฉันสามารถเข้าใจอัลกอริทึม (โดยเฉพาะรวมในตัวแปร DQC-1 หรือเพียงแค่วงจรทั้งหมดในตัวแปร BQP-Complete)?U

คำตอบ:


6

คำตอบนี้เป็นบทสรุปของกระดาษ Aharonov-Jones-Landau ที่คุณเชื่อมโยงด้วย แต่มีทุกอย่างที่ไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการกำหนดอัลกอริทึมที่ถูกลบออก หวังว่านี่จะเป็นประโยชน์

อัลกอริธึม Aharonov - โจนส์ - กุ๊บใกล้กับพหุนามโจนส์ของพลัดปิดของถักเปียที่ของรากแห่งความสามัคคีโดยที่รู้ตัวว่ามันเป็น (บาง rescaling) องค์ประกอบของเมทริกซ์รวมแน่นอนภาพ ของภายใต้การแสดงรวมกันบางอย่างของกลุ่มถักเปีย{2n} ได้รับการดำเนินการของเป็นวงจรควอนตัมใกล้เคียงกับเมทริกซ์ของมันคือตรงไปตรงมาโดยใช้การทดสอบ Hadamard ส่วนที่ไม่น่าสนใจกำลังใกล้เคียงกับเป็นวงจรควอนตัมk U σ σ B 2 n U σ U σσkUσσB2nUσUσ

ถ้าเป็นเกลียวบนเส้นกับ crossings เราสามารถเขียนโดยที่ ,และเป็นตัวกำเนิดของที่สอดคล้องกับการข้ามเส้นที่ไปที่ st มันพอเพียงเพื่ออธิบายตั้งแต่epsilon_m}2 n m σ = σ ϵ 1 a 1 σ ϵ 2 a 2 ⋯ σ ϵ m a m a 1 , a 2 , … , a m ∈ { 1 , 2 , … , 2 n - 1 } ϵ 1 , ϵ 2 , … , ϵ m ∈ { ± 1 } σσ2nmσ=σa1ϵ1σa2ϵ2⋯σamϵma1,a2,…,am∈{1,2,…,2n−1}ϵ1,ϵ2,…,ϵm∈{±1}B 2 nฉัน( i + 1 ) U σ ฉัน U σ = U ϵ 1 σ a 1 ⋯ U ϵ m σ a mσiB2ni(i+1)UσiUσ=Uσa1ϵ1⋯Uσamϵm

ในการกำหนดเราจะให้เซตย่อยบางส่วนของพื้นฐานมาตรฐานของซึ่งทำหน้าที่ไม่ทำอะไรเลย สำหรับให้-b_j} ลองเรียกยอมรับได้ถ้าสำหรับทั้งหมด (นี่สอดคล้องกับอธิบายเส้นทางยาวบนกราฟกำหนดไว้ในกระดาษ AJL) C 2 2 n U σ i ψ = | ข1 ข2 ⋯ ข2 n ⟩ ℓ ฉัน' ( ψ ) = 1 + Σ ฉัน' J = 1 ( - 1 ) 1 - ขญ ψ 1 ≤ ℓ ฉัน' ( ψ ) ≤ k - 1 ฉัน' ∈UσiC22nUσiψ=|b1b2⋯b2n⟩ℓi′(ψ)=1+∑j=1i′(−1)1−bjψ 1≤ℓi′(ψ)≤k−1ψ 2 n G k λ r = { sin ( π r / k ) ถ้า  1 ≤ r ≤ k - 1 , 0 มิฉะนั้น A = i e - π i / 2 k i = √i′∈{1,2,…,2n}ψ2nGk

λr={sin⁡(πr/k)if 1≤r≤k−1,0otherwise.
ให้ (นี่คือการพิมพ์ผิดในกระดาษ AJL ยังทราบว่าที่นี่และเฉพาะที่นี่ไม่ใช่ดัชนี ) เขียนที่เป็นครั้งแรกที่บิตและให้psi_i) แล้วก็ A=ie−πi/2k iψ=| ψฉันขฉันขฉัน+ 1 ⋯⟩ψฉันฉัน-1ψZฉัน=ℓฉัน- 1 (ψฉัน) U σ ฉัน ( | ψ ฉัน 00 ⋯ ⟩ )i=−1iψ=|ψibibi+1⋯⟩ψii−1ψzi=ℓi−1(ψi) U σ ฉัน (ψ)=ψψ
Uσi(|ψi00⋯⟩)=A−1|ψi00⋯⟩Uσi(|ψi01⋯⟩)=(Aλzi−1λzi+A−1)|ψi01⋯⟩+Aλzi+1λzi−1λzi|ψi10⋯⟩Uσi(|ψi10⋯⟩)=Aλzi+1λzi−1λzi|ψi01⋯⟩+(Aλzi+1λzi+A−1)|ψi10⋯⟩Uσi(|ψi11⋯⟩)=A−1|ψi11⋯⟩
เรากำหนดสำหรับองค์ประกอบพื้นฐานที่ไม่ยอมรับ\Uσi(ψ)=ψψ

ตอนนี้เราอยากจะอธิบายเป็นวงจรควอนตัมที่มีหลายประตู(ในและ ) พหุนาม โปรดสังเกตว่าในขณะที่เปลี่ยนแปลงเพียงสอง qubits แต่ยังขึ้นอยู่กับ qubits แรกผ่านการพึ่งพา (และแน่นอนมันขึ้นอยู่กับ qubits ทั้งหมดสำหรับข้อกำหนดการรับสมัคร) อย่างไรก็ตามเราสามารถเรียกใช้ตัวนับเพื่อคำนวณและเก็บ (และพิจารณาการยอมรับของอินพุต) ในจำนวนลอการิทึม (ใน ) qubits เกี่ยวกับลอการิทึมจำนวนมากดังนั้นเราจึงสามารถใช้อัลกอริทึม Solovay-Kitaevเพื่อให้ได้ค่าประมาณที่ดีกับUσinkUσii−1zizikUσiใช้ประตูจำนวนมากแบบพหุนาม (กระดาษยื่นอุทธรณ์ต่อ Solovay-Kitaev สองครั้ง: หนึ่งครั้งสำหรับการเพิ่มตัวนับในแต่ละขั้นตอนและอีกครั้งสำหรับการใช้ ; ฉันไม่แน่ใจว่ามีวิธีที่ตรงกว่านี้ในการอธิบายว่าวงจรแบบควอนตัมด้วย ประตูมาตรฐานกระดาษยังไม่ได้พูดถึงความจำเป็นในการตรวจสอบการยอมรับที่นี่ฉันไม่แน่ใจว่านี่เป็นสิ่งสำคัญหรือไม่ แต่อย่างน้อยเราก็ต้องการ )Uσi1≤zi≤k−1

ดังนั้นเพื่อสรุป:

  1. เริ่มต้นด้วย braidโดยมีcrossingsσ∈B2nm
  2. เขียนepsilon_m}σ=σa1ϵ1σa2ϵ2⋯σamϵm
  3. สำหรับให้ใช้อัลกอริทึม Solovay-Kitaev เพื่อรับการประมาณค่าของเมทริกซ์ที่รวมกัน (หรือผกผันถ้า )U σ a ฉัน ϵ i = - 1i∈{1,2,…,m}Uσaiϵi=−1
  4. เขียนทั้งหมดของการประมาณจากขั้นตอนที่ 3 จะได้รับวงจรควอนตัมกับประตูหลาย polynomially ที่ใกล้เคียงกับซิก}Uσ
  5. สมัครจริงและจินตนาการ Hadamard ทดสอบหลายครั้งด้วย polynomially วงจรจากขั้นตอนที่ 4 และรัฐ10|1010⋯10⟩
  6. เฉลี่ยผลการขั้นตอนที่ 5 และคูณด้วยปัจจัยปรับบางส่วนที่จะได้รับประมาณไปยังส่วนจริงและจินตภาพของพหุนามโจนส์ปิดพลัดของประเมินK}e 2 π i / kσe2πi/k

3

คุณได้กล่าวถึงห้าเอกสารในคำถาม แต่กระดาษหนึ่งที่ยังคงอยู่ไม่ได้กล่าวถึงคือการดำเนินการทดลองในปี 2009 ที่นี่คุณจะพบวงจรจริงที่ใช้ในการประเมินพหุนาม Jones:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

นี่อาจเป็นสิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดที่คุณจะได้รับการนำเสนอ "คุ้นเคย" ของอัลกอริทึมเนื่องจากความสนใจในพหุนาม Jones และ DQC-1 ได้สลายตัวไปเล็กน้อยตั้งแต่ปี 2009

รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทดลองนี้สามารถพบได้ใน Gina Passante ของวิทยานิพนธ์


1
ฉันไม่รู้เรื่องนี้ขอบคุณแม้ว่าฉันจะสนใจรุ่น BQP ที่สมบูรณ์มากกว่านี้ ในช่วงเวลาสั้น ๆ ของฉันฉันไม่เห็นคำอธิบายมากนักเกี่ยวกับสิ่งที่รวมกันคืออะไร Un
— DaftWullie

ไม่เป็นไร ใช่นี่คือ PRL 4 หน้าพร้อมรายละเอียดที่ไม่ได้อธิบายอย่างละเอียดตามที่ฉันต้องการ - อาจมี "วัสดุเสริม" ในหน้าเว็บของวารสารที่อธิบาย U ได้ดีกว่า พหุนาม Jones และ DQC-1 ได้รับความนิยมในช่วงปี 2551-2552 แต่ฉันก็หยุดได้ยินเรื่องนี้ตั้งแต่นั้นมา
— user1271772
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.