論文の概要: Fast simulation of bosonic qubits via Gaussian functions in phase space

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.05530v1
• Date: Tue, 9 Mar 2021 16:16:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-08 15:51:22.618971
• Title: Fast simulation of bosonic qubits via Gaussian functions in phase space
• Title（参考訳）: 位相空間におけるガウス関数によるボゾン量子ビットの高速シミュレーション
• Authors: J. Eli Bourassa, Nicol\'as Quesada, Ilan Tzitrin, Antal Sz\'ava, Theodor Isacsson, Josh Izaac, Krishna Kumar Sabapathy, Guillaume Dauphinais, Ish Dhand
• Abstract要約: 位相空間におけるガウス函数の線型結合として表現できる状態のクラスをシミュレートするための新しい形式主義を提案する。 ボソニックキュービット(Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP))、キャット、フォック状態)のクラスが、この形式を用いてどのようにシミュレートできるかを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Bosonic qubits are a promising route to building fault-tolerant quantum computers on a variety of physical platforms. Studying the performance of bosonic qubits under realistic gates and measurements is challenging with existing analytical and numerical tools. We present a novel formalism for simulating classes of states that can be represented as linear combinations of Gaussian functions in phase space. This formalism allows us to analyze and simulate a wide class of non-Gaussian states, transformations and measurements. We demonstrate how useful classes of bosonic qubits -- Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), cat, and Fock states -- can be simulated using this formalism, opening the door to investigating the behaviour of bosonic qubits under Gaussian channels and measurements, non-Gaussian transformations such as those achieved via gate teleportation, and important non-Gaussian measurements such as threshold and photon-number detection. Our formalism enables simulating these situations with levels of accuracy that are not feasible with existing methods. Finally, we use a method informed by our formalism to simulate circuits critical to the study of fault-tolerant quantum computing with bosonic qubits but beyond the reach of existing techniques. Specifically, we examine how finite-energy GKP states transform under realistic qubit phase gates; interface with a CV cluster state; and transform under non-Clifford T gate teleportation using magic states. We implement our simulation method as a part of the open-source Strawberry Fields Python library.
• Abstract（参考訳）: Bosonic qubitsは、さまざまな物理プラットフォーム上でフォールトトレラントな量子コンピュータを構築するための有望なルートである。 実測ゲート下でのボソニック量子ビットの性能に関する研究は,既存の解析・数値ツールでは困難である。 位相空間におけるガウス函数の線型結合として表現できる状態のクラスをシミュレートするための新しい形式主義を提案する。 この形式化によって、非ゲージ状態、変換、測定の幅広いクラスを分析し、シミュレートすることができます。 本稿では,この定式化を用いて,ゴットマン・キタエフ・プレスキル(GKP),キャット,フォック状態などのボソニック・クビットのクラスをシミュレートし,ガウス的チャネルと測定値の下でのボソニック・クビットの挙動を調べるための扉を開くこと,ゲートテレポーテーションによって達成されるような非ガウス的変換,しきい値や光子数検出などのガウス的非ガウス的測定を行うこと,などを実証する。 我々のフォーマリズムは、既存の手法では実現不可能な精度でこれらの状況をシミュレートすることができる。 最後に, ボソニック量子ビットを用いたフォールトトレラント量子コンピューティングの研究に不可欠な回路をシミュレートするために, フォーマリズムによって情報を得る手法を用いる。 具体的には,有限エネルギーGKP状態が現実的なクビット位相ゲート,CVクラスタ状態との界面,およびマジック状態を用いた非クリフォードTゲートテレポーテーションの下での変換について検討する。 我々は,オープンソースのStrawberry Fields Pythonライブラリの一部としてシミュレーション手法を実装した。

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