論文の概要: Gate-based quantum simulation of Gaussian bosonic circuits on exponentially many modes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.06290v1
• Date: Mon, 8 Jul 2024 18:04:16 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-10 22:13:05.987701
• Title: Gate-based quantum simulation of Gaussian bosonic circuits on exponentially many modes
• Title（参考訳）: 指数関数的に多くのモード上のガウスボソニック回路のゲートベース量子シミュレーション
• Authors: Alice Barthe, M. Cerezo, Andrew T. Sornborger, Martin Larocca, Diego García-Martín,
• Abstract要約: 我々は,$(n+1)$-qubit量子コンピュータ上で,ガウスボソニック(GB)回路の動作を2n$モード以上でシミュレーションするためのフレームワークを提案する。 具体的には、初期ボゾン状態の期待値を入力量子状態として二次演算子にエンコードする。 これはGBゲートによって誘導されるシンプレクティックプロパゲータを効果的に実装する量子回路によって進化する。
• 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 introduce a framework for simulating, on an $(n+1)$-qubit quantum computer, the action of a Gaussian Bosonic (GB) circuit on a state over $2^n$ modes. Specifically, we encode the initial bosonic state's expectation values over quadrature operators (and their covariance matrix) as an input qubit-state. This is then evolved by a quantum circuit that effectively implements the symplectic propagators induced by the GB gates. We find families of GB circuits and initial states leading to efficient quantum simulations. For this purpose, we introduce a dictionary that maps between GB and qubit gates such that particle- (non-particle-) preserving GB gates lead to real (imaginary) time evolutions at the qubit level. For the special case of particle-preserving circuits, we present a BQP-complete GB decision problem, indicating that GB evolutions of Gaussian states on exponentially many modes are as powerful as universal quantum computers. We also perform numerical simulations of an interferometer on $\sim8$ billion modes, illustrating the power of our framework.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,$(n+1)$-qubit量子コンピュータ上で,2^n$モード以上の状態におけるガウスボソニック(GB)回路の動作をシミュレーションするためのフレームワークを提案する。 具体的には、初期ボゾン状態の期待値(およびそれらの共分散行列)を入力量子状態として符号化する。 これはGBゲートによって誘導されるシンプレクティックプロパゲータを効果的に実装する量子回路によって進化する。 我々は、効率的な量子シミュレーションにつながるGB回路と初期状態の族を見つける。 この目的のために、GB と qubit のゲート間の粒子保存 (非粒子保存) GB ゲートをマップする辞書を導入する。 粒子保存回路の特別な場合、BQP完全GB決定問題を示し、指数関数的に多くのモード上でガウス状態のGB進化が普遍量子コンピュータと同じくらい強力であることを示す。 また,$\sim8$ Billionモードで干渉計の数値シミュレーションを行い,フレームワークのパワーを実証した。

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