論文の概要: Programming a quantum computer with quantum instructions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.08838v3
- Date: Mon, 28 Dec 2020 13:17:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-06 04:50:35.833145
- Title: Programming a quantum computer with quantum instructions
- Title（参考訳）: 量子命令による量子コンピュータのプログラミング
- Authors: Morten Kjaergaard, Mollie E. Schwartz, Ami Greene, Gabriel O. Samach,
Andreas Bengtsson, Michael O'Keeffe, Christopher M. McNally, Jochen
Braum\"uller, David K. Kim, Philip Krantz, Milad Marvian, Alexander Melville,
Bethany M. Niedzielski, Youngkyu Sung, Roni Winik, Jonilyn Yoder, Danna
Rosenberg, Kevin Obenland, Seth Lloyd, Terry P. Orlando, Iman Marvian, Simon
Gustavsson, William D. Oliver
- Abstract要約: 我々は密度行列化プロトコルを用いて量子データ上で量子命令を実行する。
古典的に定義されたゲートの固定列は、補助量子命令状態に一意に依存する演算を実行する。
量子命令の利用により、コストのかかるトモグラフィー状態の再構築と再コンパイルの必要性がなくなる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.994876450026865
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The equivalence between the instructions used to define programs and the
input data on which the instructions operate is a basic principle of classical
computer architectures and programming. Replacing classical data with quantum
states enables fundamentally new computational capabilities with scaling
advantages for many applications, and numerous models have been proposed for
realizing quantum computation. However, within each of these models, the
quantum data are transformed by a set of gates that are compiled using solely
classical information. Conventional quantum computing models thus break the
instruction-data symmetry: classical instructions and quantum data are not
directly interchangeable. In this work, we use a density matrix exponentiation
protocol to execute quantum instructions on quantum data. In this approach, a
fixed sequence of classically-defined gates performs an operation that uniquely
depends on an auxiliary quantum instruction state. Our demonstration relies on
a 99.7% fidelity controlled-phase gate implemented using two tunable
superconducting transmon qubits, which enables an algorithmic fidelity
surpassing 90% at circuit depths exceeding 70. The utilization of quantum
instructions obviates the need for costly tomographic state reconstruction and
recompilation, thereby enabling exponential speedup for a broad range of
algorithms, including quantum principal component analysis, the measurement of
entanglement spectra, and universal quantum emulation.
- Abstract（参考訳）: プログラムの定義に用いられる命令と命令が動作する入力データとの等価性は、古典的なコンピュータアーキテクチャとプログラミングの基本原理である。
古典的データを量子状態に置き換えることで、多くのアプリケーションに対してスケーリングの利点を持つ基本的な新しい計算能力を実現できる。
しかしながら、これらのモデルでは、量子データは古典的情報のみを使用してコンパイルされるゲートの集合によって変換される。
従来の量子コンピューティングモデルは命令-データ対称性を破り、古典的な命令と量子データは直接交換できない。
本研究では,量子データ上で量子命令を実行するために密度行列指数プロトコルを用いる。
このアプローチでは、古典的に定義されたゲートの固定列は、補助量子命令状態に一意に依存する演算を実行する。
我々の実証は、2つの可変超伝導トランスモン量子ビットを用いて実装された99.7%の忠実度制御相ゲートに依存している。
量子命令の利用は、コストのかかるトモグラフィ状態の再構築と再コンパイルの必要性を排除し、量子主成分分析、絡み合いスペクトルの測定、普遍的な量子エミュレーションを含む幅広いアルゴリズムの指数的な高速化を可能にする。
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