論文の概要: Improved simulation of quantum circuits dominated by free fermionic operations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.12702v3
- Date: Tue, 7 May 2024 08:47:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-08 20:23:22.733463
- Title: Improved simulation of quantum circuits dominated by free fermionic operations
- Title（参考訳）: 自由フェルミオン操作に支配される量子回路のシミュレーションの改善
- Authors: Oliver Reardon-Smith, Michał Oszmaniec, Kamil Korzekwa,
- Abstract要約: 本稿では,FLOゲートと非ガウスゲートの「自由」近傍マッチゲートと等価なフェルミオン線形光学(FLO)ゲートからなる普遍量子回路をシミュレーションするアルゴリズムを提案する。
我々の重要な貢献は、FLO回路をシミュレートする新しい位相感受性アルゴリズムの開発である。
任意のFLOユニタリーと$k$制御Zゲートを含む量子回路に対して、先行技術よりも指数関数的に$k$O(4.5k)$Oを得る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.024113475677323
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present a classical algorithm for simulating universal quantum circuits composed of "free" nearest-neighbour matchgates or equivalently fermionic-linear-optical (FLO) gates, and "resourceful" non-Gaussian gates. We achieve the promotion of the efficiently simulable FLO subtheory to universal quantum computation by gadgetizing controlled phase gates with arbitrary phases employing non-Gaussian resource states. Our key contribution is the development of a novel phase-sensitive algorithm for simulating FLO circuits. This allows us to decompose the resource states arising from gadgetization into free states at the level of statevectors rather than density matrices. The runtime cost of our algorithm for estimating the Born-rule probability of a given quantum circuit scales polynomially in all circuit parameters, except for a linear dependence on the newly introduced FLO extent, which scales exponentially with the number of controlled-phase gates. More precisely, as a result of finding optimal decompositions of relevant resource states, the runtime doubles for every maximally resourceful (e.g., swap or CZ) gate added. Crucially, this cost compares very favourably with the best known prior algorithm, where each swap gate increases the simulation cost by a factor of approximately 9. For a quantum circuit containing arbitrary FLO unitaries and $k$ controlled-Z gates, we obtain an exponential improvement $O(4.5^k)$ over the prior state-of-the-art.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,FLO(Fermionic-linear-optical)ゲートと,非ガウスゲート(Gaussian gates)の「自由」近傍マッチゲートと等価なフェルミオン線形光学(FLO)ゲートからなる量子回路をシミュレーションする古典的アルゴリズムを提案する。
非ガウス的資源状態を用いた任意の位相で制御相ゲートをガジェット化することにより、効率よくシミュレーション可能なFLOサブセトリを普遍量子計算に昇格させる。
我々の重要な貢献は、FLO回路をシミュレートする新しい位相感受性アルゴリズムの開発である。
これにより、密度行列ではなく状態ベクトルのレベルで、ガジェット化から生じる資源状態を自由状態に分解することができる。
与えられた量子回路のボルンルール確率を推定するアルゴリズムの実行時コストは、制御相ゲート数と指数関数的にスケールする新しく導入されたFLO範囲への線形依存を除いて、全ての回路パラメータで多項式的にスケールする。
より正確には、関連するリソース状態を最適に分解した結果、ランタイムは最大でリソースに富んだ(例えば、スワップまたはCZ)ゲートを追加するごとに倍になる。
このコストは、各スワップゲートが約9倍のシミュレーションコストを増大させる、最もよく知られた事前アルゴリズムと比較して非常に好ましい。
任意のFLOユニタリーと$k$制御Zゲートを含む量子回路に対して、先行状態よりも指数関数的に$O(4.5^k)$を得る。
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