論文の概要: Distributing Arbitrary Quantum Cluster States by Graph Transformation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.05537v1
• Date: Mon, 8 Apr 2024 14:06:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-04-09 14:15:19.810542
• Title: Distributing Arbitrary Quantum Cluster States by Graph Transformation
• Title（参考訳）: グラフ変換による任意量子クラスター状態の分散
• Authors: Tingxiang Ji, Jianqing Liu, Zheshen Zhang,
• Abstract要約: 量子クラスター状態は、量子粒子間の非局所状態の特別なクラスである。 我々は,強い絡み合い構造を持つ任意の量子クラスター状態を確立するアルゴリズムを,最先端技術よりもはるかに低コストで開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3288564690349554
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Quantum cluster state is a special class of nonlocal state among multiple quantum particles, underpinning several nonclassical and promising applications such as quantum computing and quantum secret sharing. Recently, establishing quantum cluster states among physically distant nodes has gained increasing popularity owing to its potential in expanding current quantum applications in scale. Existing research on this topic relies on a two-step approach: first distributing low-dimension elementary entanglement to target nodes, and then fusing them into a high-dimension quantum cluster state. However, most existing studies focus solely on minimizing costs (e.g., the number of elementary entanglements consumed) to entangle target nodes, while neglecting the structure of the final quantum cluster state. This can easily result in weak system entanglement, jeopardizing the cluster state under partial measurement or noises. In this paper, we aim to establish any arbitrary quantum cluster states of strong entanglement structures at a much lower cost than the state of the art. The method is to search for and establish an alternative state to the target state that is of lowest cost in creation. Subsequently, we transform such an alternative state back to the target state via compressed single-qubit Clifford operations. To verify the performance of our developed algorithm, we conduct comprehensive simulations based on an open dataset containing all cluster state structures up to 8 qubits. The results demonstrate fast algorithm convergence, an increased success probability in distributing any cluster states, and 53.57% saving in ERP cost compared with the state-of-the-art baseline.
• Abstract（参考訳）: 量子クラスター状態は、複数の量子粒子の非局所状態の特別なクラスであり、量子コンピューティングや量子秘密共有のようないくつかの非古典的で有望な応用を支えている。 近年、現在の量子アプリケーションを大規模に拡張する可能性から、物理的に離れたノード間で量子クラスター状態を確立することが人気が高まっている。 このトピックに関する既存の研究は、2段階のアプローチに依存している: まず、ターゲットノードに低次元の基本的な絡み合いを分散し、次にそれらを高次元の量子クラスター状態に融合する。 しかしながら、既存のほとんどの研究は、最終量子クラスター状態の構造を無視しながら、ターゲットノードを絡めるためのコスト(例えば、消費する初等的絡み合いの数)を最小化することのみに焦点を当てている。 これは容易にシステムの絡み合いが弱くなり、部分的な測定やノイズの下でクラスター状態が危うくなる。 本稿では,強い絡み合い構造を持つ任意の量子クラスター状態を確立することを目的としている。 この方法は、最低コストのターゲット状態の代替状態を探索し、確立することである。 その後、圧縮シングルキュービットクリフォード演算により、そのような代替状態からターゲット状態へ変換する。 提案アルゴリズムの性能を検証するため,最大8キュービットまでのクラスタ状態構造を含むオープンデータセットに基づく総合シミュレーションを行った。 その結果、高速アルゴリズムの収束、任意のクラスタ状態の分散における成功確率の増加、ERPコストの53.57%の削減が、最先端のベースラインと比較された。

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