論文の概要: Efficient implementation of discrete-time quantum walks in NISQ devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.01854v1
- Date: Fri, 2 Feb 2024 19:11:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-06 23:51:24.790109
- Title: Efficient implementation of discrete-time quantum walks in NISQ devices
- Title(参考訳): NISQデバイスにおける離散時間量子ウォークの効率的な実装
- Authors: Luca Razzoli, Gabriele Cenedese, Maria Bondani, and Giuliano Benenti
- Abstract要約: 本稿では、離散時間量子ウォーク(DTQW)モデルを実装した効率的でスケーラブルな量子回路を提案する。
DTQWの時間ステップ$t$の場合、提案された回路は、現在の最も効率的な実装の$O(n2 + nt)$2キュービットゲートに対してのみ$O(n2 + nt)$2キュービットゲートを必要とする。
提案回路をIBM量子デバイス上で,アダマールDTQWに対して,周期的ダイナミクスと最大絡み合った単一粒子状態の繰り返し発生を特徴とする4ドルおよび8ドルサイクルで試験した。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum walks have proven to be a universal model for quantum computation and
to provide speed-up in certain quantum algorithms. The discrete-time quantum
walk (DTQW) model, among others, is one of the most suitable candidates for
circuit implementation, due to its discrete nature. Current implementations,
however, are usually characterized by quantum circuits of large size and depth,
which severely limit the number of time steps that can be reliably implemented
in noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. In this work, we propose an
efficient and scalable quantum circuit implementing the DTQW on the $2^n$-cycle
based on the diagonalization of the conditional shift operator. For $t$
time-steps of the DTQW, the proposed circuit requires only $O(n^2 + nt)$
two-qubit gates against the $O(n^2 t)$ of the current most efficient
implementation based on quantum Fourier transforms. We test the proposed
circuit on a IBM quantum device for a Hadamard DTQW on the $4$- and $8$-cycle
characterized by periodic dynamics and recurrent generation of maximally
entangled single-particle states. Experimental results are meaningful well
beyond the regime of very few time steps, paving the way for reliable
implementation and use on NISQ devices.
- Abstract(参考訳): 量子ウォーク(quantum walk)は、量子計算の普遍モデルであり、特定の量子アルゴリズムの高速化を提供する。
離散時間量子ウォーク(DTQW)モデルは、その離散性のため、回路実装に最も適した候補の1つである。
しかし、現在の実装は通常、大きなサイズと深さの量子回路によって特徴づけられ、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスで確実に実装できる時間ステップの数を著しく制限している。
本研究では,条件シフト演算子の対角化に基づくDTQWを2ドル^n$サイクルで実装した,効率的でスケーラブルな量子回路を提案する。
DTQWの時間ステップ$t$の場合、提案回路は量子フーリエ変換に基づく現在の最も効率的な実装の$O(n^2 + nt)$2量子ゲートのみを必要とする。
提案回路をIBM量子デバイス上で,アダマールDTQWに対して,周期的ダイナミクスと最大絡み合った単一粒子状態の繰り返し発生を特徴とする4ドルおよび8ドルサイクルで試験した。
実験結果は、非常に少ない時間ステップの体制を超えて、信頼性の高い実装とNISQデバイスへの利用の道を開いた。
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