論文の概要: Quantum advantage from measurement-induced entanglement in random shallow circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.21203v1
- Date: Tue, 30 Jul 2024 21:39:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-01 12:56:56.802305
- Title: Quantum advantage from measurement-induced entanglement in random shallow circuits
- Title（参考訳）: ランダム浅部回路における測定誘起絡み合いの量子的利点
- Authors: Adam Bene Watts, David Gosset, Yinchen Liu, Mehdi Soleimanifar,
- Abstract要約: 回路深さが一定の臨界値である場合, 長距離測定誘起絡み合い(MIE)が増大することを示す。
O(log n)量子ビットに作用するランダムなクリフォードゲートからなる2次元の奥行き2, 粗粒回路アーキテクチャを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.18749305679160366
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We study random constant-depth quantum circuits in a two-dimensional architecture. While these circuits only produce entanglement between nearby qubits on the lattice, long-range entanglement can be generated by measuring a subset of the qubits of the output state. It is conjectured that this long-range measurement-induced entanglement (MIE) proliferates when the circuit depth is at least a constant critical value. For circuits composed of Haar-random two-qubit gates, it is also believed that this coincides with a quantum advantage phase transition in the classical hardness of sampling from the output distribution. Here we provide evidence for a quantum advantage phase transition in the setting of random Clifford circuits. Our work extends the scope of recent separations between the computational power of constant-depth quantum and classical circuits, demonstrating that this kind of advantage is present in canonical random circuit sampling tasks. In particular, we show that in any architecture of random shallow Clifford circuits, the presence of long-range MIE gives rise to an unconditional quantum advantage. In contrast, any depth-d 2D quantum circuit that satisfies a short-range MIE property can be classically simulated efficiently and with depth O(d). Finally, we introduce a two-dimensional, depth-2, "coarse-grained" circuit architecture, composed of random Clifford gates acting on O(log n) qubits, for which we prove the existence of long-range MIE and establish an unconditional quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: 二次元アーキテクチャにおけるランダムな定数深さ量子回路について検討する。
これらの回路は格子上の近傍の量子ビット間の絡み合いしか発生しないが、出力状態の量子ビットのサブセットを測定することで長距離絡み合いを生成することができる。
この長距離測定誘起絡み合い(MIE)は、回路深さが少なくとも一定の臨界値であるときに増加すると推測されている。
Haar-random 2-qubit ゲートからなる回路の場合、これは出力分布からのサンプリングの古典的硬さにおける量子優位相転移と一致すると考えられている。
ここでは、ランダムなクリフォード回路の設定における量子優位相転移の証拠を提供する。
我々の研究は、定数深度量子回路と古典回路の計算パワーの最近の分離の範囲を広げ、このような利点が正準ランダム回路サンプリングタスクに存在していることを示す。
特に、ランダムな浅いクリフォード回路の任意のアーキテクチャにおいて、長距離MIEの存在は無条件の量子優位性をもたらすことを示す。
対照的に、短距離MIE特性を満たすディープd2D量子回路は、古典的に効率よく、深さ O(d) でシミュレートできる。
最後に、O(log n)量子ビットに作用するランダムなクリフォードゲートからなる2次元の深さ2"粗粒"回路アーキテクチャを導入し、長距離MIEの存在を証明し、非条件量子優位性を確立する。
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