論文の概要: Quantum Dark Magic: Efficiency of Intermediate Non-Stabiliserness

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.16543v1
• Date: Tue, 22 Jul 2025 12:52:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-23 21:34:14.118893
• Title: Quantum Dark Magic: Efficiency of Intermediate Non-Stabiliserness
• Title（参考訳）: 量子ダークマジック:中間的非定常性の効率性
• Authors: Tom Krüger, Wolfgang Mauerer,
• Abstract要約: 本稿では, 様々なアルゴリズムにおける非安定性の挙動を追跡する手法を提案する。 構造的および非構造的変動的アプローチに対する非安定化性の使用において、異なる効率性を見出した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9857517408503567
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: While superiority of quantum over classical computation has been established, the repertoire of primitives with proven or conjectured quantum advantage remains limited. Despite considerable progress in delineating the quantumclassical divide, the systematic construction of algorithms with quantum advantage remains challenging, which can be attributed to a still incomplete understanding of the sources of quantum computational power. While intermediate non-stabiliserness (i.e., traversal of states outside the Clifford orbit) indicates necessary non-classical behaviour for quantum advantage, naively equating non-stabiliserness and non-classicality is misguided: Even random Haar sampled states exhibit near-maximal non-stabiliserness. Advancing towards quantum advantage calls for a better understanding of the efficient use of non-stabiliser states. We present an approach to track the behaviour of non-stabiliserness across various algorithms by pairing resource theory of non-stabiliser entropies with the geometry of quantum state evolution, and introduce permutation agnostic distance measures that reveal non-stabiliser effects previously hidden by a subset of Clifford operations. We find different efficiency in the use of non-stabiliserness for structured and unstructured variational approaches, and show that greater freedom for classical optimisation in quantum-classical methods increases unnecessary non-stabiliser consumption. Our results open new means of analysing the efficient utilisation of quantum resources, and contribute towards the targeted construction of algorithmic quantum advantage.
• Abstract（参考訳）: 古典的計算よりも量子の優位性が確立されているが、証明されたあるいは予想された量子優位性を持つプリミティブのレパートリーは限定的である。 量子古典的除算の大幅な進歩にもかかわらず、量子優位性を持つアルゴリズムの体系的な構築は依然として困難であり、これはまだ量子計算力の源についての理解が不十分であると考えられる。 中間的非安定化性(すなわちクリフォード軌道の外側の状態のトラバース)は量子的優位性に必要な非古典的挙動を示すが、非安定化性や非古典性は誤認される: ランダムなハールサンプル状態でさえ、ほぼ極大な非安定化性を示す。 量子優位性への適応は、非安定化状態の効率的な使用をよりよく理解することを要求する。 本稿では, 量子状態進化の幾何学と非安定化エントロピーの資源理論を組み合わせて, 様々なアルゴリズムの非安定化性の挙動を追跡する手法を提案し, クリフォード演算のサブセットに隠された非安定化効果を示す変分非依存距離測度を導入する。 構造的および非構造的変動アプローチにおける非安定化性の使用の効率は異なることを示し、量子古典的手法における古典的最適化に対するより大きな自由度が不要な非安定化性消費を増加させることを示した。 提案手法は, 量子資源の有効利用を解析し, 目的とするアルゴリズム的量子優位性の構築に寄与する。

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