論文の概要: Large-scale full-programmable quantum walk and its applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.13186v1
- Date: Sun, 28 Aug 2022 09:36:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-28 17:16:40.704813
- Title: Large-scale full-programmable quantum walk and its applications
- Title（参考訳）: 大規模フルプログラマブル量子ウォークとその応用
- Authors: Yizhi Wang, Yingwen Liu, Junwei Zhan, Shichuan Xue, Yuzhen Zheng, Ru
Zeng, Zhihao Wu, Zihao Wang, Qilin Zheng, Dongyang Wang, Weixu Shi, Xiang Fu,
Ping Xu, Yang Wang, Yong Liu, Jiangfang Ding, Guangyao Huang, Chunlin Yu,
Anqi Huang, Xiaogang Qiang, Mingtang Deng, Weixia Xu, Kai Lu, Xuejun Yang,
Junjie Wu
- Abstract要約: 量子ウォークは、新しい有用な量子アルゴリズムを開発するための強力なカーネルである。
ここでは、完全プログラム可能なフォトニック量子コンピューティングシステムを用いて、大規模量子ウォークを実現する。
400次元ヒルベルト空間では、オンチップ回路の進化後のランダム絡み合った量子状態の平均忠実度は94.29$pm$1.28$%である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.832850380803333
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: With photonics, the quantum computational advantage has been demonstrated on
the task of boson sampling. Next, developing quantum-enhanced approaches for
practical problems becomes one of the top priorities for photonic systems.
Quantum walks are powerful kernels for developing new and useful quantum
algorithms. Here we realize large-scale quantum walks using a fully
programmable photonic quantum computing system. The system integrates a silicon
quantum photonic chip, enabling the simulation of quantum walk dynamics on
graphs with up to 400 vertices and possessing full programmability over quantum
walk parameters, including the particle property, initial state, graph
structure, and evolution time. In the 400-dimensional Hilbert space, the
average fidelity of random entangled quantum states after the whole on-chip
circuit evolution reaches as high as 94.29$\pm$1.28$\%$. With the system, we
demonstrated exponentially faster hitting and quadratically faster mixing
performance of quantum walks over classical random walks, achieving more than
two orders of magnitude of enhancement in the experimental hitting efficiency
and almost half of the reduction in the experimental evolution time for mixing.
We utilize the system to implement a series of quantum applications, including
measuring the centrality of scale-free networks, searching targets on
Erd\"{o}s-R\'{e}nyi networks, distinguishing non-isomorphic graph pairs, and
simulating the topological phase of higher-order topological insulators. Our
work shows one feasible path for quantum photonics to address applications of
practical interests in the near future.
- Abstract（参考訳）: フォトニクスでは、ボーソンサンプリングのタスクにおいて量子計算の利点が実証されている。
次に、実用的な問題に対する量子エンハンスドアプローチの開発がフォトニックシステムの最優先事項の1つとなる。
量子ウォークは、新しい有用な量子アルゴリズムを開発するための強力なカーネルである。
ここでは,完全プログラム可能なフォトニック量子コンピューティングシステムを用いて,大規模量子ウォークを実現する。
このシステムはシリコン量子フォトニックチップを統合し、最大400頂点のグラフ上での量子ウォークダイナミクスのシミュレーションを可能にし、粒子特性、初期状態、グラフ構造、進化時間を含む量子ウォークパラメータ上での完全なプログラム性を持つ。
400次元ヒルベルト空間において、オンチップ回路全体の発展の後のランダムな絡み合った量子状態の平均忠実度は94.29$\pm$1.28$%$である。
本システムでは,古典的ランダムウォークを越える量子ウォークの指数的に高速な打込みと4次的に高速な混合性能を示し,実験的打抜き効率の2桁以上の向上と,実験的進化時間のほぼ半分の短縮を実現した。
我々は,スケールフリーネットワークの集中度の測定,Erd\"{o}s-R\'{e}nyiネットワーク上のターゲット探索,非同型グラフ対の識別,高階トポロジカル絶縁体の位相位相のシミュレーションなど,一連の量子アプリケーションの実装に利用した。
我々の研究は、近い将来に実用的関心事の応用に取り組むための量子フォトニクスの1つの実現可能な道を示す。
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