論文の概要: Scalable Equivalence Checking and Verification of Shallow Quantum Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.01558v1
- Date: Wed, 02 Apr 2025 09:58:45 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-03 19:59:19.31094
- Title: Scalable Equivalence Checking and Verification of Shallow Quantum Circuits
- Title（参考訳）: 浅量子回路のスケーラブル等価チェックと検証
- Authors: Nengkun Yu, Xuan Du Trinh, Thomas Reps,
- Abstract要約: 本稿では,同値チェック問題の2つの変種に対する決定手順を提案する。
量子回路の出力状態の制約となる局所射影の集合を生成する。
我々のアサーションチェック法は局所射影の結合として表現されるアサーションに対して健全かつ完全である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.787328610467803
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper concerns the problem of checking if two shallow (i.e., constant-depth) quantum circuits perform equivalent computations. Equivalence checking is a fundamental correctness question -- needed, e.g., for ensuring that transformations applied to a quantum circuit do not alter its behavior. For quantum circuits, the problem is challenging because a straightforward representation on a classical computer of each circuit's quantum state can require time and space that are exponential in the number of qubits $n$. The paper presents decision procedures for two variants of the equivalence-checking problem. Both can be carried out on a classical computer in time and space that, for any fixed depth, is linear in $n$. Our critical insight is that local projections are precise enough to completely characterize the output state of a shallow quantum circuit. Instead of explicitly computing the output state of a circuit, we generate a set of local projections that serve as constraints on the output state. Moreover, the circuit's output state is the unique quantum state that satisfies all the constraints. Beyond equivalence checking, we show how to use the constraint representation to check a class of assertions, both statically and at run time. Our assertion-checking methods are sound and complete for assertions expressed as conjunctions of local projections. Our experiments show that on a server equipped with 2 x Intel\textsuperscript{\textregistered} Xeon\textsuperscript{\textregistered} Gold 6338 CPUs (128 threads total) and 1.0~TiB of RAM, running Ubuntu 20.04.6 LTS, the constraint representation of a random 100-qubit circuit of depth 6 can be computed in 19.8 seconds. For fixed inputs $\ket{0}^{\otimes 100}$, equivalence checking of {random} 100-qubit circuits of depth 3 takes 4.46 seconds; for arbitrary inputs, it takes no more than 31.96 seconds.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、2つの浅い量子回路(すなわち、定数深度)が等価な計算を行うかどうかを確認する問題について述べる。
等価チェックは、量子回路に適用された変換がその振る舞いを変えないようにするために必要となる基本的な正当性問題である。
量子回路にとって問題は、各回路の量子状態の古典的コンピュータ上での直接的な表現は、量子ビット数$n$で指数関数的な時間と空間を必要とするためである。
本稿では,同値チェック問題の2つの変種に対する決定手順を提案する。
どちらも時間と空間において古典的なコンピュータ上で実行することができ、固定深度に対して$n$で線形である。
我々の重要な洞察は、局所射影は浅い量子回路の出力状態を完全に特徴付けるのに十分正確であるということである。
回路の出力状態を明示的に計算する代わりに、出力状態の制約として機能する局所射影の集合を生成する。
さらに、回路の出力状態は、全ての制約を満たすユニークな量子状態である。
等価性チェックの他に、制約表現を使ってアサーションのクラスを静的かつ実行時にチェックする方法を示す。
我々のアサーションチェック法は局所射影の結合として表現されるアサーションに対して健全かつ完全である。
実験の結果,2x Intel\textsuperscript{\textregistered} Xeon\textsuperscript{\textregistered} Gold 6338 CPU(128スレッド合計)と1.0~TiBのRAMを搭載したサーバ上でUbuntu 20.04.6 LTSを実行すると,100量子ビットのランダム回路の制約表現が19.8秒で計算可能であることがわかった。
固定入力に対して$\ket{0}^{\otimes 100}$、深さ3の100量子ビット回路の等価チェックは4.46秒、任意の入力では31.96秒以下である。
関連論文リスト
- Distributed quantum error correction based on hyperbolic Floquet codes [39.58317527488534]
局所的および非局所的な回路レベルの雑音下では,分散双曲型フロケット符号が良好な性能を示すことを示す。
このことは、分散量子誤差補正が可能であるだけでなく、効率的に実現可能であることを示している。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-01-23T19:00:07Z) - On the practicality of quantum sieving algorithms for the shortest vector problem [42.70026220176376]
格子ベースの暗号は、量子後暗号の主要な候補の1つである。
量子攻撃に対する暗号セキュリティは、最短ベクトル問題(SVP)のような格子問題に基づいている
SVPを解くための漸近的な量子スピードアップはGroverの探索に依存している。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-10-17T16:54:41Z) - A Novel Quantum-Classical Hybrid Algorithm for Determining Eigenstate Energies in Quantum Systems [1.9714447272714082]
本稿では、任意の量子系の固有エネルギースペクトルを効率的に計算するための新しい量子アルゴリズムXZ24を提案する。
XZ24には3つの大きな利点がある: 固有状態の準備の必要性を排除し、無視できない重複を持つ参照状態のみを必要とする。
参照状態に応じて複数の固有エネルギーの同時計算を可能にする。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-06-01T04:31:43Z) - Quantum subspace expansion in the presence of hardware noise [0.0]
現在の量子処理ユニット(QPU)の基底状態エネルギーの発見は課題を呈し続けている。
ハードウェアノイズは、パラメタライズド量子回路の表現性とトレーニング性の両方に深刻な影響を及ぼす。
量子サブスペース拡張とVQEを統合する方法を示し、量子コンピューティング能力と古典コンピューティング能力とコストの最適なバランスを可能にする。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-14T02:48:42Z) - How to fault-tolerantly realize any quantum circuit with local
operations [0.0]
任意の量子ビット間のゲートを含む一般的な量子回路を実現する方法を示す。
回路レベルの局所雑音モデリングは、元の回路の局所雑音と等価であることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-02-21T15:12:40Z) - Error-corrected Hadamard gate simulated at the circuit level [42.002147097239444]
我々はサーキットレベルのノイズモデルの下で,表面符号の論理的アダマールゲートをシミュレートする。
我々の論文は、量子誤り訂正符号上のユニタリゲートに対してこれを初めて行うものである。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-12-18T19:00:00Z) - A generalized framework for quantum state discrimination, hybrid
algorithms, and the quantum change point problem [3.4683494246563606]
半定値計画法に基づくハイブリッド量子古典アルゴリズムを提案し、状態が純粋で効率的な回路を持つ場合の最大報酬を計算する。
量子状態の列が与えられた場合、量子状態が変化したときの時間ステップを決定する量子変化点同定問題に対して、現在可能なアルゴリズムを与える。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-12-07T03:42:40Z) - Compilation of algorithm-specific graph states for quantum circuits [55.90903601048249]
本稿では,高レベル言語で記述された量子回路から,アルゴリズム固有のグラフ状態を作成する量子回路コンパイラを提案する。
この計算は、このグラフ状態に関する一連の非パウリ測度を用いて実装することができる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-15T14:52:31Z) - Multi-state Swap Test Algorithm [2.709321785404766]
2つの状態間の重なりを推定することは、量子情報におけるいくつかの応用において重要な課題である。
複数の量子状態の重なりを計測する量子回路を設計する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-05-15T03:31:57Z) - Quantum State Preparation with Optimal Circuit Depth: Implementations
and Applications [10.436969366019015]
我々は、$Theta(n)$-depth回路は、$O(ndlog d)$ acillary qubitsを持つ$Theta(log(nd))で作成可能であることを示す。
我々は、ハミルトンシミュレーション、方程式の線形系解法、量子ランダムアクセスメモリの実現など、異なる量子コンピューティングタスクにおける結果の適用について論じる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-01-27T13:16:30Z) - Realizing Repeated Quantum Error Correction in a Distance-Three Surface
Code [42.394110572265376]
本稿では,エラーに対する極めて高い耐性を有する表面符号を用いた量子誤り訂正法について述べる。
誤差補正サイクルにおいて、論理量子ビットの4つの基数状態の保存を実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-12-07T13:58:44Z) - Quantum Gram-Schmidt Processes and Their Application to Efficient State
Read-out for Quantum Algorithms [87.04438831673063]
本稿では、生成した状態の古典的ベクトル形式を生成する効率的な読み出しプロトコルを提案する。
我々のプロトコルは、出力状態が入力行列の行空間にある場合に適合する。
我々の技術ツールの1つは、Gram-Schmidt正則手順を実行するための効率的な量子アルゴリズムである。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-14T11:05:26Z) - On estimating the entropy of shallow circuit outputs [49.1574468325115]
確率分布と量子状態のエントロピーを推定することは情報処理の基本的な課題である。
本稿では,有界ファンインと非有界ファンアウトのゲートを持つ対数深度回路か定数深度回路のいずれかによって生成された分布や状態に対するエントロピー推定が,少なくともLearning with Errors問題と同程度難しいことを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-02-27T15:32:08Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。