論文の概要: Boundaries for quantum advantage with single photons and loop-based time-bin interferometers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.16873v1
• Date: Mon, 25 Nov 2024 19:13:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-27 13:34:33.124833
• Title: Boundaries for quantum advantage with single photons and loop-based time-bin interferometers
• Title（参考訳）: 単一光子とループ型時間ビン干渉計を用いた量子優位性のための境界
• Authors: Samo Novák, David D. Roberts, Alexander Makarovskiy, Raúl García-Patrón, William R. Clements,
• Abstract要約: ループベースのボソンサンプリング器は、一連の遅延線を用いて自由度で光子を干渉する。 本稿では,このループ構造を利用してより効率的なシミュレーションを行う手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.908112113947475
• License:
• Abstract: Loop-based boson samplers interfere photons in the time degree of freedom using a sequence of delay lines. Since they require few hardware components while also allowing for long-range entanglement, they are strong candidates for demonstrating quantum advantage beyond the reach of classical emulation. We propose a method to exploit this loop-based structure to more efficiently simulate such systems. Our algorithm exploits a causal-cone argument to decompose the circuit into smaller effective components that can each be simulated sequentially by calling a state vector simulator as a subroutine. To quantify the complexity of our approach, we develop a new lattice path formalism that allows us to efficiently characterize the state space that must be tracked during the simulation. In addition, we develop a heuristic method that allows us to predict the expected average and worst-case memory requirements of running these simulations. We use these methods to compare the simulation complexity of different families of loop-based interferometers, allowing us to quantify the potential for quantum advantage of single-photon Boson Sampling in loop-based architectures.
• Abstract（参考訳）: ループベースのボソンサンプリング器は、一連の遅延線を用いて自由度で光子を干渉する。 ハードウェアコンポーネントは少なく、また長距離の絡み合いも可能であるため、古典的なエミュレーションの範囲を超えて量子的優位性を示す強力な候補である。 本稿では,このループ構造を利用してより効率的なシミュレーションを行う手法を提案する。 提案アルゴリズムは,回路をより小さな有効成分に分解し,状態ベクトルシミュレータをサブルーチンとして呼び出すことで,それぞれを逐次シミュレートすることができる。 提案手法の複雑性を定量化するため,シミュレーション中に追跡しなければならない状態空間を効率的に特徴付ける格子路形式を新たに開発した。 さらに,これらのシミュレーションの実行において期待される平均および最悪のメモリ要求を予測できるヒューリスティックな手法を開発した。 これらの手法を用いて、ループベースの干渉計の異なるファミリーのシミュレーション複雑性を比較し、ループベースのアーキテクチャにおける単一光子ボソンサンプリングの量子的利点の可能性を定量化することができる。

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