論文の概要: Automatic quantum circuit encoding of a given arbitrary quantum state
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.14524v1
- Date: Wed, 29 Dec 2021 12:33:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-02 23:35:39.788222
- Title: Automatic quantum circuit encoding of a given arbitrary quantum state
- Title（参考訳）: 任意の量子状態の自動量子回路符号化
- Authors: Tomonori Shirakawa and Hiroshi Ueda and Seiji Yunoki
- Abstract要約: 任意の量子状態を最適量子回路に符号化する量子古典ハイブリッドアルゴリズムを提案する。
提案アルゴリズムは、目的関数として、F = langle 0 vert hatmathcalCdagger vert Psi rangle$ の絶対値を用いる。
我々は、AQCEアルゴリズムによって生成された量子回路が、実際にノイズの多い実量子デバイス上で元の量子状態を合理的に表現できることを実験的に実証した。
- 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: We propose a quantum-classical hybrid algorithm to encode a given arbitrarily
quantum state $\vert \Psi \rangle$ onto an optimal quantum circuit
$\hat{\mathcal{C}}$ with a finite number of single- and two-qubit quantum
gates. The proposed algorithm employs as an objective function the absolute
value of fidelity $F = \langle 0 \vert \hat{\mathcal{C}}^{\dagger} \vert \Psi
\rangle$, which is maximized iteratively to construct an optimal quantum
circuit $\hat{\mathcal{C}}$ with controlled accuracy. The key ingredient of the
algorithm is the sequential determination of a set of optimal two-qubit unitary
operators one by one via the singular value decomposition of the fidelity
tensor. Once the optimal unitary operators are determined, including the
location of qubits on which each unitary operator acts, elementary quantum
gates are assigned algebraically. With noiseless numerical simulations, we
demonstrate the algorithm to encode a ground state of quantum many-body
systems, including the spin-1/2 antiferromagnetic Heisenberg model and the
spin-1/2 XY model. The results are also compared with the quantum circuit
encoding of the same quantum state onto a quantum circuit in a given circuit
structure. Moreover, we demonstrate that the algorithm can also be applied to
construct an optimal quantum circuit for classical data such as a classical
image that is represented as a quantum state by the amplitude encoding.
Finally, we also experimentally demonstrate that a quantum circuit generated by
the AQCE algorithm can indeed represent the original quantum state reasonably
on a noisy real quantum device.
- Abstract（参考訳）: 与えられた任意量子状態 $\vert \Psi \rangle$ を、有限個の単一および2量子ビット量子ゲートを持つ最適量子回路 $\hat{\mathcal{C}}$ に符号化する量子古典ハイブリッドアルゴリズムを提案する。
提案アルゴリズムは, 最適量子回路$\hat{\mathcal{C}}$を制御精度で構築するために反復的に最大化される, F = \langle 0 \vert \hat{\mathcal{C}}^{\dagger} \vert \Psi \rangle$の絶対値を求める。
アルゴリズムの重要な要素は、フィデリティテンソルの特異値分解を通じて、最適な2量子ビットユニタリ作用素のセットを1つずつ順次決定することである。
最適ユニタリ作用素が決定されると、各ユニタリ作用素が作用する量子ビットの位置を含む基本量子ゲートが代数的に割り当てられる。
ノイズのない数値シミュレーションにより、スピン1/2反強磁性ハイゼンベルクモデルやスピン1/2xyモデルを含む量子多体系の基底状態を符号化するアルゴリズムを実証する。
結果は、与えられた回路構造内の量子回路上で同じ量子状態の量子回路符号化と比較される。
さらに,このアルゴリズムを用いて,振幅符号化により量子状態として表現される古典的画像などの古典的データに対して最適な量子回路を構築することができることを示す。
最後に、aqceアルゴリズムによって生成された量子回路が、ノイズの多い実量子デバイス上で元の量子状態を合理的に表現できることを実験的に実証する。
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