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 13:18:50.162220
- 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:
- 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
- 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) - QuantumSEA: In-Time Sparse Exploration for Noise Adaptive Quantum
Circuits [82.50620782471485]
QuantumSEAはノイズ適応型量子回路のインタイムスパース探索である。
1)トレーニング中の暗黙の回路容量と(2)雑音の頑健さの2つの主要な目標を達成することを目的としている。
提案手法は, 量子ゲート数の半減と回路実行の2倍の時間節約で, 最先端の計算結果を確立する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-01-10T22:33:00Z) - 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) - Quantum Depth in the Random Oracle Model [57.663890114335736]
浅量子回路の計算能力と古典計算の組合せを包括的に評価する。
いくつかの問題に対して、1つの浅い量子回路で適応的な測定を行う能力は、適応的な測定をせずに多くの浅い量子回路を実行する能力よりも有用である。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-10-12T17:54:02Z) - 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) - Resource Optimisation of Coherently Controlled Quantum Computations with
the PBS-calculus [55.2480439325792]
量子計算のコヒーレント制御は、いくつかの量子プロトコルやアルゴリズムを改善するために使用できる。
我々は、量子光学にインスパイアされたコヒーレント制御のためのグラフィカル言語PBS計算を洗練する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-02-10T18:59:52Z) - 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) - Adiabatic Quantum Graph Matching with Permutation Matrix Constraints [75.88678895180189]
3次元形状と画像のマッチング問題は、NPハードな置換行列制約を持つ二次代入問題(QAP)としてしばしば定式化される。
本稿では,量子ハードウェア上での効率的な実行に適した制約のない問題として,いくつかのQAPの再構成を提案する。
提案アルゴリズムは、将来の量子コンピューティングアーキテクチャにおいて、より高次元にスケールする可能性がある。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-07-08T17:59:55Z) - 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)
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。