ควอนตัมคอมพิวเตอร์

ฉันกำลังค้นหาตัวอย่างของวงจรควอนตัมเพื่อออกกำลังกายด้วยการเขียนโปรแกรม Q # และฉันสะดุดในวงจรนี้: จาก : ตัวอย่างแผนภาพวงจรควอนตัม - Michal Charemza ในระหว่างหลักสูตรเบื้องต้นของฉันในการคำนวณควอนตัมเราได้รับการสอนว่าการโคลนของรัฐถูกห้ามโดยกฎหมายของ QM ในขณะที่ในกรณีนี้ qubit contol แรกจะถูกคัดลอกใน qubit เป้าหมายที่สาม ฉันพยายามจำลองวงจรบน Quirk อย่างรวดเร็วเช่นนี้เพื่อยืนยันการโคลนสถานะในเอาต์พุตบน qubit แรก การวัด qubit ก่อนที่ประตู Toffoli แสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริงไม่มีการโคลนนิ่งจริง แต่แทนที่การเปลี่ยนแปลงใน qubit ควบคุมแรกและเอาท์พุทเท่ากันใน qubit ที่หนึ่งและสาม โดยการคำนวณทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายจะสามารถแสดงให้เห็นว่า "การโคลน" เกิดขึ้นเฉพาะถ้า qubit ที่สามอยู่ในสถานะเริ่มต้น 0 และเฉพาะใน Qubit แรกไม่ได้ดำเนินการ "การดำเนินการปั่น" (ตามที่ระบุไว้ใน Quirk) หรือ X ฉันพยายามเขียนโปรแกรมใน Q # …

16 quantum-gate  quirk  cloning 

ฉันพยายามเข้าใจแนวคิดพื้นฐานว่าอะไรคือสิ่งใดสำหรับสองสามวันที่ผ่านมา อย่างไรก็ตามบทความออนไลน์ (รวมถึงวิกิพีเดีย) นั้นดูคลุมเครือและไม่สามารถทะลุทะลวงได้ผิดปกติไปจนถึงการอธิบายการคำนวณควอนตัมทอพอโลยีและใครก็ตามที่ไป หน้าวิกิพีเดียในคอมพิวเตอร์ควอนตัมทอพอโลยีกล่าวว่า: คอมพิวเตอร์ควอนตัมทอพอโลยีเป็นคอมพิวเตอร์ควอนตัมทฤษฎีที่มีพนักงาน quasiparticles สองมิติที่เรียกว่าanyonsซึ่งโลกเส้นผ่านรอบอีกคนหนึ่งที่จะฟอร์ม braidsในกาลอวกาศสามมิติ (เช่นหนึ่งชั่วบวกสองมิติ ) braids เหล่านี้ สร้างประตูตรรกะที่ประกอบขึ้นเป็นคอมพิวเตอร์ ข้อได้เปรียบของคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ควอนตัม braidsมากกว่าการใช้อนุภาคควอนตัมที่ติดอยู่ก็คืออดีตนั้นมีความเสถียรมากกว่า การก่อกวนที่มีขนาดเล็กและสะสมอาจทำให้เกิดสถานะควอนตัมเพื่อ decohere และแนะนำข้อผิดพลาดในการคำนวณ ฟังดูน่าสนใจ ดังนั้นเมื่อเห็นคำนิยามนี้ผมพยายามที่จะมองถึงสิ่งที่anyonsคือ: ในฟิสิกส์ anyon เป็นประเภทquasiparticleที่เกิดขึ้นในระบบ สองมิติเท่านั้นโดยมีคุณสมบัติ จำกัด น้อยกว่าเฟอร์มิออนและโบซอน โดยทั่วไปการทำงานของการแลกเปลี่ยนสองอนุภาคที่เหมือนกันอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสทั่วโลกแต่ไม่สามารถส่งผลกระทบต่อสิ่งที่สังเกตเห็นได้ เอาล่ะฉันจะมีบางความคิดเกี่ยวกับสิ่งที่quasiparticlesมี ตัวอย่างเช่นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านเซมิคอนดักเตอร์การเคลื่อนที่ของมันจะถูกรบกวนในลักษณะที่ซับซ้อนโดยการโต้ตอบกับอิเล็กตรอนและนิวเคลียสอื่นทั้งหมด แม้กระนั้นมันจะมีพฤติกรรมเหมือนอิเล็กตรอนที่มีมวลแตกต่างกัน (มวลที่มีประสิทธิภาพ) ซึ่งเดินทางผ่านพื้นที่ว่างโดยไม่ถูกรบกวน "อิเล็กตรอน" ที่มีมวลแตกต่างกันนี้เรียกว่า "อิเล็กตรอน quasiparticle" ดังนั้นฉันมักจะคิดว่าโดยทั่วไป quasiparticle เป็นการประมาณสำหรับอนุภาคที่ซับซ้อนหรือปรากฏการณ์คลื่นที่อาจเกิดขึ้นในสสารซึ่งจะเป็นการยากที่จะจัดการกับคณิตศาสตร์เป็นอย่างอื่น อย่างไรก็ตามฉันไม่สามารถทำตามสิ่งที่พวกเขาพูดหลังจากนั้น ฉันจะรู้ว่า bosons เป็นอนุภาคซึ่งตามสถิติ Bose-Einsteinและเฟอร์มิออนตามสถิติแฟร์แรค คำถาม: อย่างไรก็ตามพวกเขาหมายถึงอะไร "จำกัด น้อยกว่าเฟอร์มิออนและโบซอน"? "anyons" …

16 topological-quantum-computing  anyons 

หากวงจรใช้มากกว่าหนึ่ง qubit เป็นอินพุตและมีประตูควอนตัมซึ่งใช้จำนวนของ qubits ต่างกันเราจะตีความวงจรนี้เป็นเมทริกซ์ได้อย่างไร นี่คือตัวอย่างของเล่น:

15 quantum-gate  matrix-representation 

การหลอมควอนตัมเป็นโปรโตคอลการเพิ่มประสิทธิภาพที่ต้องขอบคุณการขุดอุโมงค์ควอนตัมช่วยให้ในสถานการณ์ที่กำหนดเพื่อเพิ่ม / ลดฟังก์ชั่นที่กำหนดให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นกว่าอัลกอริทึมการเพิ่มประสิทธิภาพแบบดั้งเดิม จุดสำคัญของการหลอมควอนตัมคืออะเดียแบติกตี้ของอัลกอริทึมซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับรัฐที่จะอยู่ในสภาพพื้นดินของมิลโตเนียนขึ้นกับเวลา อย่างไรก็ตามนี่ก็เป็นปัญหาเช่นกันเนื่องจากการหาวิธีแก้ปัญหาอาจต้องใช้เวลานานมาก เวลาเหล่านี้ต้องใช้กับมิลโตเนี่ยนนานแค่ไหน? แม่นยำยิ่งขึ้นจากปัญหาของ Hamiltonianที่เราต้องการค้นหาสถานะภาคพื้นดินมีผลลัพธ์ที่บอกว่าต้องใช้ตัวลดควอนตัมในการแก้ปัญหานานแค่ไหน?HH\mathcal H

15 speedup  annealing 

อัลกอริทึมของโกรเวอร์ถูกนำมาใช้ในสิ่งอื่น ๆ ที่จะค้นหารายการyy\mathbf{y}ในรายการเรียงลำดับของรายการ[x0,x1,...,xn−1][x0,x1,...,xn−1][\mathbf{x}_0, \mathbf{x}_1, ..., \mathbf{x}_{n-1}]ของความยาวnnnnแม้ว่าจะมีคำถามมากมายเกี่ยวกับหัวข้อนี้ แต่ฉันก็ยังคิดถึงประเด็นนี้อยู่ การค้นหาในรายการแบบคลาสสิค ปกติผมจะออกแบบฟังก์ชั่นการค้นหาด้วยวิธีนี้ search([x0,x1,...,xn−1],y)=i∈Nsuch that xi=ysearch([x0,x1,...,xn−1],y)=i∈Nsuch that xi=y \mathrm{search}([\mathbf{x}_0, \mathbf{x}_1, ..., \mathbf{x}_{n-1}], \mathbf{y}) = i \in \mathbb{N} \quad \text{such that } \mathbf{x}_i = \mathbf{y} ดังนั้นผมจึงให้รายการและรายการที่อยากเป็นปัจจัยการผลิตและผมได้รับตำแหน่งของรายการในรายการเป็นผลผลิต ฉันคิดว่าฉันได้เข้าใจว่าข้อมูลเกี่ยวกับการyy\mathbf{y}ถูกฝังอยู่ในขั้นตอนวิธีการผ่าน oracle ประตูOOOเพื่อฟังก์ชั่นของเราจะกลาย searchy([x1,x2,...,xn])=i∈Nsuch that xi=ysearchy([x1,x2,...,xn])=i∈Nsuch that xi=y \mathrm{search}_\mathbf{y}([\mathbf{x}_1, \mathbf{x}_2, ..., \mathbf{x}_n] ) = i \in \mathbb{N} \quad \text{such …

15 grovers-algorithm 

ฉันทำงานผ่าน Mike และ Ike (Nielsen และ Chuang) เพื่อศึกษาด้วยตนเองและฉันกำลังอ่านเกี่ยวกับโคลงโค้ดในบทที่ 10 ฉันเป็นวิศวกรไฟฟ้าที่มีพื้นหลังค่อนข้างมากในทฤษฎีข้อมูลแบบดั้งเดิม แต่ฉัน ไม่เคยมีความเชี่ยวชาญในทฤษฎีการเข้ารหัสพีชคณิต พีชคณิตนามธรรมของฉันเป็นเพียงแค่สิ่งที่อยู่ในภาคผนวก ฉันคิดว่าฉันเข้าใจการก่อสร้าง Calderbank-Shor-Steane โดยสิ้นเชิงซึ่งมีการใช้รหัสคลาสสิกเชิงเส้นสองชุดเพื่อสร้างรหัสควอนตัม รหัส Steane สร้างขึ้นโดยใช้C1C1C_1 (รหัสสำหรับ qbit flips) เป็น [7,4,3] รหัส Hamming และC⊥2C2⊥C_2^{\perp} (รหัสสำหรับการพลิกเฟส) เป็นรหัสเดียวกัน เมทริกซ์ความเท่าเทียมกันตรวจสอบ [7,4,3] โค้ด: ⎡⎣⎢001010011100101110111⎤⎦⎥[000111101100111010101]\begin{bmatrix} 0&0&0&1&1&1&1 \\ 0&1&1&0&0&1&1 \\ 1&0&1&0&1&0&1 \end{bmatrix} ] เครื่องกำเนิดโคลงสำหรับรหัส Steane สามารถเขียนเป็น: Nameg1g2g3g4g5g6OperatorIIIXXXXIXXIIXXXIXIXIXIIIZZZZIZZIIZZZIZIZIZNameOperatorg1IIIXXXXg2IXXIIXXg3XIXIXIXg4IIIZZZZg5IZZIIZZg6ZIZIZIZ\begin{array} {|r|r|} \hline Name & Operator \\ …

15 error-correction  stabilizer-code  nielsen-and-chuang 

ในปีที่ผ่านมามีการกระตุ้นการสาธิตอุปกรณ์ที่สามารถทำการพิสูจน์หลักการการคำนวณควอนตัมขนาดเล็กที่ไม่ผิดพลาด (หรือเทคโนโลยีควอนตัม Noisy Intermediate-Scale Quantum วิธีที่พวกเขาถูกอ้างถึง ) ด้วยสิ่งนี้ฉันส่วนใหญ่อ้างถึงอุปกรณ์ตัวนำยิ่งยวดและอุปกรณ์ดักจับไอออนที่แสดงโดยกลุ่มต่างๆเช่น Google, Microsoft, Rigetti Computing, กลุ่มของ Blatt (และอาจเป็นอย่างอื่นที่ฉันลืมไปแล้ว) อุปกรณ์เหล่านี้รวมถึงอุปกรณ์ที่จะติดตามพวกเขามักจะแตกต่างกันอย่างรุนแรงจากกัน (ในแง่ของสถาปัตยกรรมประตูที่ง่ายกว่า / ยากกว่าในการนำไปใช้จำนวน qubit การเชื่อมต่อระหว่าง qubits การเชื่อมโยงและเวลาของประตู และความสามารถในการอ่านข้อมูลความเที่ยงตรงของประตูเพื่อระบุปัจจัยที่ชัดเจนที่สุด) ในทางตรงกันข้ามมันเป็นเรื่องธรรมดามากในการแถลงข่าวและข่าวที่ไม่ใช่ด้านเทคนิคที่จะพูดว่า "อุปกรณ์ X ใหม่มี Y qubits มากกว่าที่เคยเป็นมาก่อนดังนั้นมันจึงมีพลังมากกว่า" จำนวนของ qubits นั้นเป็นปัจจัยสำคัญในการประเมินอุปกรณ์เหล่านี้หรือไม่? หรือเราควรใช้การวัดที่แตกต่างกันแทน โดยทั่วไปแล้วจะมีการวัดแบบ "ง่าย" ที่สามารถใช้ในเชิงคุณภาพ แต่มีความหมายเปรียบเทียบอุปกรณ์ต่าง ๆ หรือไม่

15 architecture  technical-standards  nisq 

ประตูควอนตัมแสดงโดยเมทริกซ์ซึ่งแสดงถึงการแปลงที่นำไปใช้กับ qubits (สถานะ) สมมติว่าเรามีประตูควอนตัมซึ่งทำงานบน222 qubits ประตูควอนตัมส่งผลอย่างไร (ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยน) ผลการวัดสถานะของ qubits (เนื่องจากผลการวัดได้รับผลกระทบอย่างมากจากความน่าจะเป็นของแต่ละรัฐที่เป็นไปได้)? โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นไปได้หรือไม่ที่จะรู้ล่วงหน้าว่าความน่าจะเป็นของแต่ละรัฐจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเนื่องจากประตูควอนตัม?

15 quantum-gate  quantum-state 

การแก้ไขข้อผิดพลาดเชิงควอนตัมเป็นลักษณะพื้นฐานของการคำนวณควอนตัมโดยที่การคำนวณควอนตัมขนาดใหญ่ไม่สามารถทำได้จริง แง่มุมหนึ่งของความผิดพลาดคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มักจะกล่าวถึงคือแต่ละโปรโตคอลแก้ไขข้อผิดพลาดได้เชื่อมโยงเกณฑ์อัตราความผิดพลาด โดยทั่วไปเพื่อให้การคำนวณที่กำหนดสามารถป้องกันข้อผิดพลาดผ่านโปรโตคอลที่กำหนดอัตราความผิดพลาดของประตูจะต้องต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด กล่าวอีกนัยหนึ่งถ้าอัตราข้อผิดพลาดของประตูเดียวไม่ต่ำพอจะไม่สามารถใช้โปรโตคอลแก้ไขข้อผิดพลาดเพื่อให้การคำนวณเชื่อถือได้มากขึ้น ทำไมนี้ ทำไมจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะลดอัตราความผิดพลาดที่ยังไม่เริ่มต้นให้ต่ำ

15 error-correction  fault-tolerance 

คำตอบไปถึง มีแหล่งใดที่แท็บอัลกอริทึมการคำนวณควอนตัมสำหรับการจำลองระบบทางกายภาพ? ระบุQuantum Algorithm Zooรายการของอัลกอริทึมควอนตัม คำตอบมากมายเกี่ยวกับการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมสำหรับวิชาเอกที่ไม่ใช่วิชาฟิสิกส์รวมถึงลิงก์ไปยังชุดพัฒนาชนิดต่าง ๆ ในทำนองเดียวกันภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถใช้ภาษาอะไรได้บ้าง รวบรวมสองสามความพยายามที่ดีในรายการเหล่านั้น คำถามปัจจุบันเกี่ยวข้องกับคำถามข้างต้นและยังไม่ได้รับคำตอบจากแหล่งข้อมูลด้านบน รายการโครงการควอนตัมซอฟต์แวร์แบบเปิดมีอยู่ทั้งหมดหรือไม่? คำตอบในอุดมคติ: ถ้ามีอยู่ลิงก์ไปยังรายการดังกล่าวและหากไม่มีการรวบรวม (จัดรูปแบบดี) อย่างละเอียดครบถ้วนที่สุดเท่าที่จะทำได้ของโครงการซอฟต์แวร์ควอนตัมแบบเปิด คำถามที่เกี่ยวข้อง: มีการเริ่มต้นซอฟต์แวร์ควอนตัมหรือไม่?

15 resource-request  programming 

Transmonและ Xmon qubits เป็นตัวนำไฟฟ้าประจุยิ่งยวดสองชนิดที่ดูเหมือนว่าจะใช้ในอุปกรณ์ควอนตัมยิ่งยวด อย่างไรก็ตามฉันไม่สามารถค้นหาการเปรียบเทียบโดยตรงระหว่างพวกเขาได้อย่างง่ายดาย ดูเหมือนว่าสถาปัตยกรรม Xmon ( 1304.2322 ) จะได้รับการแนะนำโดยกลุ่ม Martinis เพื่อเป็นทางเลือกหนึ่งของ transmon qubit ดังนั้นฉันจึงคาดว่าสถาปัตยกรรมเดิมจะดีกว่าในบางประเด็น ในทางกลับกันก็ดูเหมือนว่า ( cond-mat / 0703002และ0712.3581ดูเหมือนจะเป็นข้อมูลอ้างอิงที่เกี่ยวข้อง) ซึ่งอุปกรณ์จาก IBM ใช้ transb qubits อะไรคือความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองสิ่งนี้จากมุมมองของภาคปฏิบัติ (กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อใดและทำไมถึงเลือกอันใดอันหนึ่งมากกว่าอีกข้อ)

15 physical-qubit  architecture  superconducting-quantum-computing 

ในคำตอบนี้อธิบายถึงอัลกอริทึมของ Grover คำอธิบายบ่งชี้ว่าอัลกอริทึมนั้นอาศัยตัวดำเนินการกระจาย Groverอย่างมากแต่ไม่ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการทำงานภายในของตัวดำเนินการนี้ โดยย่อ Grover Diffusion Operator สร้าง 'การผกผันเกี่ยวกับค่าเฉลี่ย' เพื่อสร้างความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ ในขั้นตอนก่อนหน้านี้ให้ใหญ่พอที่จะวัดได้ คำถามอยู่ในขณะนี้: ตัวดำเนินการแพร่ของ Grover บรรลุเป้าหมายอย่างไร ทำไมส่งผลให้เวลาในการค้นหาฐานข้อมูลที่ไม่มีการเรียงลำดับดีที่สุด?O(n−−√)O(n)O(\sqrt{n})

15 algorithm  grovers-algorithm 

หลังจากอ่าน " ชิพโทนิคควอนตัมชิปตัวแรก " ฉันสงสัยว่าซอฟต์แวร์สำหรับคอมพิวเตอร์ที่ใช้ความยุ่งเหยิงของควอนตัมเป็นอย่างไร มีตัวอย่างของรหัสสำหรับการเขียนโปรแกรมควอนตัมที่เฉพาะเจาะจงหรือไม่ เช่น pseudocode หรือภาษาระดับสูง? โดยเฉพาะสิ่งที่เป็นโปรแกรมที่สั้นที่สุดที่สามารถใช้ในการสร้างรัฐเบลล์เริ่มต้นจากสถานะที่กำหนดเป็น| ψ0⟩=| 00⟩ใช้ทั้งการจำลองสถานการณ์และหนึ่งในโปรเซสเซอร์Quantum Experienceของ IBMเช่นibmqx4?| ψ ⟩ = 12-√( | 00 ⟩ + | 11 ⟩ )|ψ⟩=12(|00⟩+|11⟩)\left|\psi\right> = \frac{1}{\sqrt 2} \left(\left|00\right> + \left|11\right> \right)| ψ0⟩ = | 00 ⟩|ψ0⟩=|00⟩\left|\psi_0\right> = \left|00\right> การทำให้ความคิดกระโดดจากการเขียนโปรแกรมแบบดั้งเดิมไปสู่ความพัวพันไม่ใช่เรื่องง่าย ฉันได้พบlibquantumของ C ด้วยเช่นกัน

15 simulation  ibm-q-experience  programming 

โพสต์ควอนตัมการเข้ารหัสเช่นการเข้ารหัสลับตามตาข่ายถูกออกแบบมาเพื่อความปลอดภัยแม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่มีอยู่ ปัจจุบันมีลักษณะคล้ายกับการเข้ารหัส แต่ขึ้นอยู่กับปัญหาซึ่งส่วนใหญ่ไม่สามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยคอมพิวเตอร์ควอนตัม การวิจัยอย่างชัดเจนเกี่ยวกับการแจกแจงคีย์ควอนตัม (QKD) ดำเนินต่อไป แต่ข้อดีของการกระจายคีย์ควอนตัมในการเข้ารหัสแบบโพสต์ควอนตัมคืออะไร? การพัฒนาเทคโนโลยีใหม่เช่น QKD อาจมีผลข้างเคียงที่ยอดเยี่ยมและบางที QKD อาจจะประหยัดกว่าหรือเร็วกว่าในระยะยาว แต่ฉันสงสัยว่านี่เป็นเหตุผลหลัก

15 cryptography  key-distribution 

ตั้งแต่การเข้าถึงอุปกรณ์ควอนตัมที่มีความสามารถของคอมพิวเตอร์ควอนตัมยังมีข้อ จำกัด มากก็เป็นที่สนใจของการคำนวณควอนตัมจำลองบนคอมพิวเตอร์ที่คลาสสิก การแสดงสถานะของnnn qubits เป็นเวกเตอร์ใช้องค์ประกอบ2n2n2^nซึ่ง จำกัด จำนวน qubits อย่างใดอย่างหนึ่งสามารถพิจารณาในการจำลอง เราสามารถใช้การเป็นตัวแทน1ที่กะทัดรัดกว่าในแง่ที่ว่ามันใช้หน่วยความจำน้อยกว่าและ / หรือพลังการคำนวณมากกว่าการเป็นตัวแทนเวกเตอร์ง่าย ๆ หรือไม่? มันทำงานยังไง? ในขณะที่ใช้งานง่ายมันเป็นที่ชัดเจนว่าการเป็นตัวแทนเวกเตอร์เป็นสิ่งที่สิ้นเปลืองสำหรับรัฐที่แสดง sparsity และ / หรือความซ้ำซ้อนในการเป็นตัวแทนเวกเตอร์ของพวกเขา สำหรับตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมพิจารณาสถานะ 3-qubit (1/3–√,1/3–√,0,0,0,−1/3–√,0,0)T(1/3,1/3,0,0,0,−1/3,0,0)T(1/\sqrt{3}, 1/\sqrt{3},0,0,0,-1/\sqrt{3}, 0,0)^TT มันมี23232^3องค์ประกอบ แต่พวกเขาเท่านั้นถือว่า333ค่าที่เป็นไปกับที่สุดขององค์ประกอบที่เป็น0000แน่นอนว่าจะมีประโยชน์ในการจำลองการคำนวณควอนตัมเราก็ต้องพิจารณาวิธีการแสดงประตูและการกระทำของประตูบน qubits และรวมถึงบางสิ่งเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้จะได้รับการต้อนรับ แต่ฉันก็ยินดีที่จะได้ยินเกี่ยวกับ qubits เช่นกัน 1. แจ้งให้ทราบว่าฉันกำลังถามเกี่ยวกับการเป็นตัวแทนไม่ใช่ซอฟต์แวร์ห้องสมุดหรือบทความที่อาจใช้ / นำเสนอดังกล่าว หากคุณนำเสนอและอธิบายการเป็นตัวแทนคุณยินดีอย่างยิ่งที่จะพูดถึงว่ามันถูกใช้ไปแล้ว

15 quantum-state  simulation