論文の概要: Two-level Quantum Walkers on Directed Graphs I: Universal Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.08119v3
• Date: Tue, 13 Dec 2022 07:14:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-04 11:58:40.428865
• Title: Two-level Quantum Walkers on Directed Graphs I: Universal Quantum Computing
• Title（参考訳）: 方向性グラフの2レベル量子ウォーカー I:ユニバーサル量子コンピューティング
• Authors: Ryo Asaka, Kazumitsu Sakai, Ryoko Yahagi
• Abstract要約: 2つの内部状態を持つフェルミオン/ボゾン多粒子連続時間量子ウォークを用いた普遍量子計算モデルを提案する。 単一量子ビットは、2つの平行な経路のいずれかに1つの量子ウォーカの存在によって表される。 本稿では,本モデルと互換性のある量子ランダムアクセスメモリの物理実装について考察する。
• 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: In the present paper, the first in a series of two, we propose a model of universal quantum computation using a fermionic/bosonic multi-particle continuous-time quantum walk with two internal states (e.g., the spin-up and down states of an electron). A dual-rail encoding is adopted to convert information: a single-qubit is represented by the presence of a single quantum walker in either of the two parallel paths. We develop a roundabout gate that moves a walker from one path to the next, either clockwise or counterclockwise, depending on its internal state. It can be realized by a single-particle scattering on a directed weighted graph with the edge weights $1$ and $\pm i$. The roundabout gate also allows the spatial information of the quantum walker to be temporarily encoded in its internal states. The universal gates are constructed by appropriately combining several roundabout gates, some unitary gates that act on the internal states and two-particle scatterings on straight paths. Any ancilla qubit is not required in our model. The computation is done by just passing quantum walkers through properly designed paths. Namely, there is no need for any time-dependent control. A physical implementation of quantum random access memory compatible with the present model will be considered in the second paper (arXiv:2204.08709).
• Abstract（参考訳）: 本稿では,2つの内部状態(電子のスピンアップとダウン状態など)を持つフェルミオン/ボゾン多粒子連続時間量子ウォークを用いた普遍量子計算のモデルを提案する。 情報の変換にはデュアルレール符号化が採用されている: 単一キュービットは2つの平行経路のいずれかに1つの量子ウォーカの存在によって表される。 我々は、歩行者を1つの経路から次の経路へ、時計回りまたは時計回りに移動させるラウンドアバウンドゲートを開発する。 これは有向重み付きグラフ上の単粒子散乱によって実現でき、エッジウェイトは$$$と$\pm i$である。 ラウンドアバウトゲートは、量子ウォーカーの空間情報を内部状態に一時的にエンコードすることを可能にする。 ユニバーサルゲートは、いくつかの丸いゲート、内部状態に作用するユニタリゲート、ストレートパスに2粒子散乱を適切に組み合わせて構築される。 当社のモデルでは任意の ancilla qubit は不要です。 計算は、適切に設計された経路を量子ウォーカーを渡すことで行われる。 すなわち、時間に依存しない制御は不要である。 現在のモデルと互換性のある量子ランダムアクセスメモリの物理的実装は、第2の論文(arXiv:2204.08709)で検討される。

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