論文の概要: Classical simulation of lossy boson sampling using matrix product operators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2101.11234v3
• Date: Thu, 5 Aug 2021 17:47:23 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-13 20:18:36.699379
• Title: Classical simulation of lossy boson sampling using matrix product operators
• Title（参考訳）: 行列積演算子を用いた損失ボソンサンプリングの古典シミュレーション
• Authors: Changhun Oh, Kyungjoo Noh, Bill Fefferman, Liang Jiang
• Abstract要約: ボソンサンプリングに着目したNISQデバイスの計算能力について数値解析を行った。 入力光子数が増加すると、その計算コスト(MPO EE)が損失スケーリングに応じて異なる振る舞いをすることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.696640001804864
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Characterizing the computational advantage from noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices is an important task from theoretical and practical perspectives. Here, we numerically investigate the computational power of NISQ devices focusing on boson sampling, one of the well-known promising problems which can exhibit quantum supremacy. We study hardness of lossy boson sampling using matrix product operator (MPO) simulation to address the effect of photon-loss on classical simulability using MPO entanglement entropy (EE), which characterizes a running time of an MPO algorithm. An advantage of MPO simulation over other classical algorithms proposed to date is that its simulation accuracy can be efficiently controlled by increasing an MPO's bond dimension. Notably, we show by simulating lossy boson sampling using an MPO that as an input photon number grows, its computational cost, or MPO EE, behaves differently depending on a loss-scaling, exhibiting a different feature from that of lossless boson sampling. Especially when an output photon number scales faster than the square root of an input photon number, our study shows an exponential scaling of time complexity for MPO simulation. On the contrary, when an output photon number scales slower than the square root of an input photon number, MPO EE may decrease, indicating that an exponential time complexity might not be necessary.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間スケール量子(nisq)デバイスから計算上の利点を特徴付けることは、理論的および実用的な観点から重要な課題である。 本稿では,量子超越性を示す有望な問題の一つであるボソンサンプリングに着目したnisqデバイスの計算能力を数値的に検討する。 本研究では,行列積演算子(mpo)シミュレーションを用いて損失ボソンサンプリングの難易度を調べ,mpoエントロピー(ee)を用いた古典的シミュラビリティに対する光子損失の影響について検討した。 これまでに提案された他の古典的アルゴリズムに対するMPOシミュレーションの利点は、そのシミュレーション精度をMPOの結合次元を増大させることで効率的に制御できることである。 特に,MPOを用いて損失ボソンサンプリングをシミュレーションすることにより,入力光子数が増加すると,その計算コスト(MPO EE)が損失スケーリングによって異なる挙動を示し,ロスレスボソンサンプリングとは異なる特徴を示す。 特に出力光子数が入力光子数の二乗根よりも高速にスケールする場合,本研究はmpoシミュレーションにおける時間複雑性の指数関数的スケーリングを示す。 逆に、出力光子数が入力光子数の二乗根よりも遅い場合、mpo eeは減少する可能性があり、指数時間複雑性は不要である。

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