論文の概要: Interactive Protocols for Classically-Verifiable Quantum Advantage
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.05156v2
- Date: Wed, 22 Jun 2022 02:11:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-05 00:51:38.301404
- Title: Interactive Protocols for Classically-Verifiable Quantum Advantage
- Title（参考訳）: 古典的検証可能な量子アドバンテージのためのインタラクティブプロトコル
- Authors: Daiwei Zhu, Gregory D. Kahanamoku-Meyer, Laura Lewis, Crystal Noel, Or
Katz, Bahaa Harraz, Qingfeng Wang, Andrew Risinger, Lei Feng, Debopriyo
Biswas, Laird Egan, Alexandru Gheorghiu, Yunseong Nam, Thomas Vidick, Umesh
Vazirani, Norman Y. Yao, Marko Cetina, Christopher Monroe
- Abstract要約: 証明者と検証者の間の「相互作用」は、検証可能性と実装のギャップを埋めることができる。
イオントラップ量子コンピュータを用いた対話型量子アドバンストプロトコルの最初の実装を実演する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 46.093185827838035
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Achieving quantum computational advantage requires solving a classically
intractable problem on a quantum device. Natural proposals rely upon the
intrinsic hardness of classically simulating quantum mechanics; however,
verifying the output is itself classically intractable. On the other hand,
certain quantum algorithms (e.g. prime factorization via Shor's algorithm) are
efficiently verifiable, but require more resources than what is available on
near-term devices. One way to bridge the gap between verifiability and
implementation is to use "interactions" between a prover and a verifier. By
leveraging cryptographic functions, such protocols enable the classical
verifier to enforce consistency in a quantum prover's responses across multiple
rounds of interaction. In this work, we demonstrate the first implementation of
an interactive quantum advantage protocol, using an ion trap quantum computer.
We execute two complementary protocols -- one based upon the learning with
errors problem and another where the cryptographic construction implements a
computational Bell test. To perform multiple rounds of interaction, we
implement mid-circuit measurements on a subset of trapped ion qubits, with
subsequent coherent evolution. For both protocols, the performance exceeds the
asymptotic bound for classical behavior; maintaining this fidelity at scale
would conclusively demonstrate verifiable quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: 量子計算の利点を達成するには、量子デバイス上で古典的に難解な問題を解決する必要がある。
自然な提案は量子力学を古典的にシミュレートする本質的な硬さに依存しているが、出力の検証自体は古典的に難解である。
一方、ある量子アルゴリズム(例えばショアのアルゴリズムによる素因数分解)は効率的に検証できるが、近い将来のデバイスで利用可能なものよりも多くのリソースを必要とする。
検証可能性と実装の間のギャップを埋める一つの方法は、証明者と検証者の間の「相互作用」を使用することである。
このようなプロトコルは暗号関数を利用することで、古典的検証器は量子証明器の応答において複数のラウンドにわたる一貫性を強制することができる。
本研究では,イオントラップ量子コンピュータを用いた対話型量子アドバンストプロトコルの最初の実装を実演する。
我々は2つの補完プロトコルを実行する。1つはエラー問題による学習に基づくもので、もう1つは暗号構造が計算ベルテストを実装するものである。
複数の相互作用を行うために、閉じ込められたイオン量子ビットのサブセットの中間回路測定を行い、それに続くコヒーレントな進化を行う。
どちらのプロトコルでも、パフォーマンスは古典的な振る舞いに対する漸近的な境界を超え、スケールでのこの忠実性を維持することは検証可能な量子優位性を決定的に示します。
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