量子コンピューティング

キュービットを構築する方法は複数あります。超伝導（トランスモン）、NV中心/スピンキュービット、トポロジカルキュービットなどです。 超伝導キュビットは、最もよく知られているキュビットであり、作成も最も簡単です。たとえば、IBMとGoogleのマシンは超伝導キュビットを使用しています。 スピンキュビットは数ナノメートルのオーダーのサイズを持っているため、優れたスケーリング機能を備えています。一方、超伝導キュビットの問題はサイズです。明らかに、超伝導キュビットのサイズ（通常〜0.1mm）を縮小することは困難です。 超伝導キュビットのサイズの制限要因は何ですか？なぜこの制限要因は縮小できないのですか？

8 superconducting-quantum-computing  physical-qubit 

ここに示されているように、異なる量子ビット間のCNOTゲートは異なるエラーレートを持っています。次の質問があります。 1）QISkitで回路を定義するとき、q[0]デバイスの同じキュービットに常に対応しますか（たとえばq0、デバイスのマニュアルにラベルされているキュービット）？もしそうなら、どのように私は単なる例の量子ビットに使用できる12と13のibmq_16_melbourne（単なる例として）？ 2）デバイスで1つのジョブが実行されている場合、たとえば3キュービットを使用している場合、そのデバイスで他のジョブが同時に実行されていますか？ 3）1つの回路にCNOTゲートがいくつあるため、そのエラーは妥当なままですか？基本的に、妥当な結果を得るには、どのデバイスでも回路をどれだけ深くできますか？ ありがとうございました。

8 programming  qiskit  ibm-q-experience 

質問の行は、PDF版のペーパー「 古典的証明システムに対する量子攻撃-量子巻き戻しの難易度（Ambainis et al。、2014）」のセクション4のピックワントリックに触発されています。スライドはこちらから入手できます。私はそこでの議論を完全には守っていないので、何か重要なことを逃したかもしれませんが、ここにそれらのトリックの私の解釈があります。 古典ハッシュ関数を検討x→H(x)x→H(x)x \rightarrow H(x)それを見つけることは計算が困難である衝突耐性ある。すなわちH(x)=H(x′)∧x≠x′H(x)=H(x′)∧x≠x′H(x) = H(x') \land x\neq x'。このハッシュ関数を使用してメッセージのコミットメントをエンコードしたいと思います。つまり、私はいくつかのメッセージ取るmmm、いくつかランダムに連結私はコミットメント生成するように、端部に。私のコミットメントを証明するように求められたとき、c = H（m '\ Vert u'）であるような別のペア（m '、u'）を見つけることができませんuuuc=H(m∥u)c=H(m‖u)c = H(m\Vert u)(m′,u′)(m′,u′)(m',u')c=H(m′∥u′)c=H(m′‖u′)c = H(m'\Vert u')ハッシュの衝突のない性質のため。私の唯一の選択肢は、(m,u)(m,u)(m,u)へのコミットメントを開くことです。 さて、ハッシュ関数の量子回路でこのプロトコルを攻撃します。 すべての可能な入力xixix_iを重ね合わせ、この状態でハッシュ関数をクエリして、状態|ψ⟩=∑i|xi⟩|H(xi)⟩|ψ⟩=∑i|xi⟩|H(xi)⟩\vert\psi\rangle = \sum_{i}\vert x_i\rangle\vert H(x_i)\rangleを取得します。 2番目のレジスターを測定して、ランダムなコミットメントを取得します。測定では、一部のiについてランダムにc=H(xi)c=H(xi)c = H(x_i)を選択します。最初のレジスタは、\ vert \ phi \ rangle = \ sum_j \ vert x_j \ rangleを持ち、\ forall j、c = H（x_j）となります。iii|ϕ⟩=∑j|xj⟩|ϕ⟩=∑j|xj⟩\vert\phi\rangle …

8 algorithm  cryptography  grovers-algorithm 

ストアドプログラミングコンピュータモデルとは、中央メモリを使用して、命令と操作対象のデータの両方を格納するモデルです。基本的に、フォンノイマンアーキテクチャに従う今日のすべての古典的なコンピューターは、ストアドプログラミングモデルを使用しています。プログラムの実行中、CPUはRAMから命令またはデータを読み取り、命令レジスタ（IR）やその他の汎用レジスタなどのさまざまなレジスタに配置します。 私の質問は、そのような保存されたプログラミングモデルが量子コンピューターに適用できるかどうかです。なぜなら、複製しない定理のため、任意の量子状態を複製することは不可能だからです。 これは、メモリレジスタに格納されたいくつかの状態のキュービットがある場合、クローンなしの定理が原因で、Quantum Computerプロセッサはそれらのキュービットをメモリから一部の内部レジスタに読み取ったりコピーしたりできないことを意味します。

8 architecture  classical-computing  quantum-memory 

環境： 私は、量子回路を見つけるためのユニタリ行列の分解：分子ハミルトニアンへの応用（Daskin＆Kais、2011）（PDFはこちら）およびGroup Leaders Optimization Algorithm（Daskin＆Kais、2010）で説明されている遺伝的アルゴリズムを理解しようとしています。これまでに理解したことを要約してから、クエリについて説明します。 最初の論文のセクションIII-AのToffoliゲートの例を考えてみましょう。このような他のソースから、Toffoliゲートをシミュレートするには約5つの2キュービット量子ゲートが必要であることを知っています。したがって、{V,Z,S,V†}{V,Z,S,V†}\{V, Z, S, V^{\dagger}\}ようなゲートのセットを任意に選択します。ゲートは最大555制限し、ゲートセット{V,Z,S,V†}{V,Z,S,V†}\{V, Z, S, V^{\dagger}\}のゲートのみを使用できるようにします。次のように、15個のランダムな文字列からなる252525グループを生成します。151515 1 3 2 0.0; 2 3 1 0.0; 3 2 1 0.0; 4 3 2 0.0; 2 1 3 0.0 上記の数字列で、太字の最初の数字はゲートのインデックス番号（つまり、V=1,Z=2,S=3,Z†=4V=1,Z=2,S=3,Z†=4V = 1, Z = 2, S = 3, Z^{\dagger} = 4）で、最後の数字は[0,2π][0,2π][0,2\pi]および中間の整数は、それぞれのターゲットキュービットおよび制御キュービットです。そのような他のランダムに生成された文字列は374374374あります。 これで、グループは次のようになり（上の画像）、n=25n=25n=25およびp=15p=15p=15ます。各文字列の適合度は、トレースの忠実度に比例しますF=1N|Tr(UaU†t)|F=1N|Tr⁡(UaUt†)|\mathcal{F} = \frac{1}{N}|\operatorname{Tr}(U_aU_t^{\dagger})|ここで、UaUaU_aは、生成する任意の文字列に対応するユニタリ行列表現であり、UtUtU_tは、3キュービットToffoliゲートのユニタリ行列表現です。任意のグループのグループリーダーは、FF\mathcal{F}最大値を持つグループリーダーです。 グループを取得したら、アルゴリズムに従います。 式 （4）画像に記載されているのは、基本的には次のとおりです。 …

8 quantum-gate  circuit-construction  optimization 

ガウス量子状態のウィグナー関数は（定数まで）ガウス分布であることはわかっています。この分布の最初のモーメントと共分散は、量子状態を一意に指定します。したがって、ウィグナー関数はガウス状態を一意に決定します。 非ガウス国家に適用される同様のステートメントはありますか？

8 continuous-variable 

量子ビットの数であると、符号化された論理量子ビットの数であるを修正します。すべて相互に通勤し、さらにグループ形成する演算子のセットを見つけることができます。グループSがパウリグループのサブグループであると仮定します。これらの演算子を使用して、2 ^ {nk}ベクトル空間を修正できます。nnnkkk(n−k)(n−k)(n-k)SSSSSS2n−k2n−k2^{n-k} このようにして形成されたすべてのスタビライザーグループS_iを検討し、kキュービットをnにSiSiS_iエンコードし、\ mathcal {S} = \ {S_i \、\ vert \、i = 1 \ ldots N \}のセットを考えます。ここで、S_iは特定の2 ^ {nk}次元のベクトル空間を安定させるスタビライザーグループ。このセットを明示的にパラメーター化するにはどうすればよいですか？例：n = 3およびk = 1の場合、他の異なるスタビライザーグループに対してS_1 = \ langle Z_1Z_2、Z_2 Z_3 \ rangleおよびS_2 = \ langle X_1X_2、X_2 X_3 \ rangleのようにすることができます。kkknnnS={Si|i=1…N}S={Si|i=1…N}\mathcal{S}= \{S_i \, \vert\, i=1 \ldots N\}SiSiS_i2n−k2n−k2^{n-k}n=3n=3n=3k=1k=1k=1S1=⟨Z1Z2,Z2Z3⟩S1=⟨Z1Z2,Z2Z3⟩S_1 = \langle Z_1Z_2, Z_2 Z_3\rangle S2=⟨X1X2,X2X3⟩S2=⟨X1X2,X2X3⟩S_2 …

8 error-correction  stabilizer-code 

最近、私はNISQの高いマシンがどのように「カウント」できるか疑問に思っています。つまり、作成できる最も最適化されたインクリメント回路を考えると、出力が誤った値である確率が50％を超える前に、その回路を秘密の初期状態のキュビットに物理的に何回適用できますか。 そのためには、実際にNISQマシンで実行できる優れたインクリメント回路が必要です。たとえば、これは局所性の制約を尊重し、実行される2キュービット操作の数に基づいて回路にコストをかけることを意味します（これらが最もノイズが多いため）。簡単にするために、ゲートセットは「任意の単一キュービット操作+グリッド上のローカルCNOT」であると言います。 NISQマシンは3キュービットのインクリメンターを少なくとも8回適用できるはずです（そのため、0に戻り、カウントが失われます）が、4キュービットカウンターをラップすることははるかに難しいと思います。したがって、この質問は特にそのサイズに焦点を当てています。 4キュービットインクリメンターは、状態の置換影響を与える回路|k⟩→|k+1(mod16)⟩|k⟩→|k+1(mod16)⟩|k\rangle \rightarrow |k + 1\pmod{16}\rangleです。値kkkは、4キュビットの2の補数の2進整数として格納する必要があります。値が重ね合わせのもとにある場合でも、インクリメンターを適用した後は、一貫性が保たれている必要があります（つまり、一時的なワークスペースとして以外、他のキュービットと絡まないでください）。キュービットはグリッド上のどこにでも配置できます。

8 optimization  nisq 

BosonSamplingとして定型化されることがあるBoson Samplingは、量子優位性を確立するための魅力的な候補問題です。工学上の問題は、チューリング完全量子コンピューターに関連する問題よりも克服できるようです。 ただし、ボソンサンプリングには、少数（程度）のキュービットだけでボソンサンプリングを実行できるフォトニック量子コンピューターの出力を、実際にシミュレーションすることさえできないという欠点があります。もちろん、これは因数分解などの問題とは異なり、エンジニアリングの側面は非常に困難です。≤100≤100\le 100NPNP\mathsf{NP} したがって、個程度のフォトンでボソンサンプリングの結果を確立できますが、結果を検証するには、行列のパーマネントを計算する必要があります。これは計算上検証が難しいことで有名です。 100100100100×100100×100100\times100 多分パーマネントを計算するのに十分強力なスーパーコンピュータがトリックをすることができます。しかし、その場合、誰もがスーパーコンピューターの結果とボソンサンプリングの結果の両方を信じなければなりません。 簡単に検証できるBoson Samplingについて何かありますか？ 私は、暗号通貨マイニングネットワークのリソースを使用してそのようなパーマネントを計算し、いくつかの /トリックに公開検証を頼りにしたいと思っていましたが、私はあまり遠くまで来ていません。#P#P\mathsf{\#P}IPIP\mathsf{IP} 編集 @gISの答えが好きです。 Boson SamplingとAppelおよびFrankenのコンピューター支援による4色定理の証明を比較してください。4CTの元の証明は論争の余地があるとされています。これは、証明が長すぎて、人間の読者が公に確認することができないためです。私たちは、70年代からコンピュータへの信頼をもって遠くに移動しました。今では、ほとんどの人が4CTの証明を問題なく受け入れていると思います。しかし、4CTの証明のようなものを人間が検証できるようにする方法を考えると、定理のような興味深いアイデアにつながる可能性があります。PCPPCP\mathsf{PCP}

8 photonics  boson-sampling 

私は物理学と量子力学に熱心なコンピュータサイエンス専攻です。Q＃とD-Waveについて学び始めましたが、量子コンピューターを使用して量子力学理論をテストできるかどうか知りたいだけでした。 もしそうなら、私は何をどのように調べればよいですか？たとえば、Q＃では、約30キュビットで無料で開発できます。その多くのキュービットでどのようなシミュレーションができますか？

8 programming  simulation  q# 

最近、この「コミュニケーションの複雑さ」という興味深いトピックについて知りました。簡単に言うと、ウィキペディアはそれを次のように定義しています。 理論的なコンピュータサイエンスでは、コミュニケーションの複雑さは、問題への入力が2つ以上のパーティに分散されている場合に、問題を解決するために必要なコミュニケーションの量を調査し ます。これは1979年にアンドリューヤオによって紹介され、伝統的にアリスとボブと呼ばれる2つの独立した当事者が関わる次の問題を調査しました。Aliceはnビットの文字列とBobに別のビットの文字列yを受け取り、そのうちの1つ（たとえばBob）が特定の関数f（x、y）を計算して、それらの間の通信量を最小にします。もちろん、アリスにnビットの文字列全体をボブに送信させ、ボブが関数fを計算することで、常に成功することができます。n y f （x 、y ）fxxxnnnyyyf(x,y)f(x,y)f(x,y)fff、しかしここでのアイデアは、nビット未満の通信でを計算する賢い方法を見つけることです。通信の複雑さでは、アリスやボブが実行する計算量や、使用するメモリのサイズは関係ありません。fff 今、私はこの論文の最初の数ページを読み進めていました：「量子通信の複雑さ（調査）-ブラサード」。どうやら、非通信当事者が以前から絡み合っている場合、古典的な場合よりも多くの情報ビットが通信される可能性があるようです。紙は見栄えがいいので、さらに読みます。しかし、「量子通信の複雑さ」について学ぶときに「必読」となる重要な論文やテキストは他にありますか？（私は主に理論的/アルゴリズム的側面に興味があります）

8 algorithm  resource-request  communication-complexity 

量子スピードアップを直感的に実証するための最も簡単なアルゴリズムは何ですか（DeutschのアルゴリズムやGroverのアルゴリズムなど）。そして、このアルゴリズムは直感的に説明できますか？ 理想的には、これは量子干渉がどのように利用されているのか、また古典波の干渉だけではそれが不可能または有用でない理由を明確に示すことにもなります。

8 algorithm  quantum-information  classical-computing  models 

「リセット」ゲートが欲しいのですが。このゲートは、量子ビットにを持参する効果だろう状態。 明らかに、そのようなゲートは単一ではありません（そのため、ユニバーサルゲートに関して信頼できる実装を見つけることができません）。| 0 ⟩|0⟩\mid0\rangle ここで、特定のニーズのために、ユーザーが常にから開始できるように、キュービットまたは量子レジスタをその状態にリセットするこの機能が必要です。QASMに移行する小さなプログラミング言語を作成しています。関数が終了すると、すべてのローカル（量子）変数（キュービット）をリセットして再利用できるようにします。QASMリセット命令は、実際のプロセッサーでは機能しません。| 0 ⟩|0⟩\mid0\rangle| 0 ⟩|0⟩\mid0\rangle この効果は量子位相推定で実現できるのではないかと思いますが、別の方法があるのではないかと思っています。

8 quantum-gate  programming 

現在、量子ビットはクアンタムコンピュータの物理的なエンティティであることを理解しています。IBMクアンタムコンピュータとQ＃言語で遊んで、初めてクアンタムの世界に足を踏み入れました。 私は、アリスからボブへのキュービットのトランスポートにしばしば言及するアリスとボブスタイルのシナリオをたくさん読みました。私はそれを物理的に輸送していると推測していますが、これがコンピューティングの感覚からどのように見えるかについての議論は見つかりませんでした。古典的または量子チャネルを介した輸送のために、キュビット、またはキュービットの表現（状態または値）を「パッケージ化」することは、理論的にどのように達成できるでしょうか？これが可能になる唯一の方法は、絡み合いとテレポーテーションによるものだと思います。もつれのない通常のキュービットを何らかの形式で表現し、2つのポイント間で論理的に転送して、受信ポイントが内部に含まれる情報をデコードおよび解釈できるようにすることは可能ですか？その受信ポイントは、古典的なコンピュータアーキテクチャのコンピュータサービスまたは別の量子マシンである可能性があります。 私は、ビットをチップにエンコードしながら、ビット（または一連のビット）をさまざまな形式で論理的に表現し、操作のためにそれらを転送できる、クラシックコンピューティングの意味でこれを質問します。私の思考プロセスの源であるソフトウェアエンジニアとして。これは、Quantumで実行するのは現実的ではないかもしれませんが、理論的には、達成できるものですか？どんなガイダンスも歓迎します。 編集：本当に包括的な答えをありがとう、それは多くのギャップを埋めました、そして私は理論的に潜在的な橋をもたらす光子とファイバーの間の強いつながりに気づきませんでした。私はhello worldの基本的なアプリケーションを使って作業しており、Classicalに関する私のソフトウェア知識を、基本的な転送および表現レベルでこの世界に精神的に橋渡ししようとしています。私は両方の世界と私の精神的なブロックを橋渡しするいくつかの小さなアプリを構築しようとしています。今は、従来のプログラミング表記でキュービットの特性を表しています。キュービットの論理表現を作成するために何をモデル化する必要があるかについて考えたことはありますか？私が得ているのは、プログラマーがタイプを表すことを可能にする仕様に似たものです（たとえば、ストリングhttps://en.wikipedia.org/wiki/String_(computer_science））。Quantumプログラミング言語では、キュービットは独自のタイプです。レベルをドリルダウンすると、非常に基本的な方法で特性をキャプチャできるため、ベクトル配列のようなもので表現して、主要な特性（状態など）をキャプチャすることができます（ただし、重ね合わせ！）、スピンなど

8 physical-qubit  physical-realization  classical-computing  communication 

この質問に続き、同じ問題をシミュレートして解決するために、引用された記事を見てみましたが、成功しませんでした。主に、筆者がどのようにしてハミルトニアンの進化を図4の下部に示されている回路を介してシミュレーションできたかを理解できません。古典的に行列をべき乗しても、@ Blueが彼の質問に沿ってリンクしたQuirk回路に示されたゲートの値を取得しません。 グループリーダーの最適化アルゴリズムが説明されている論文を調べてみましたが、どのようにして異なるゲートに回転角度を割り当てるのか理解できません。

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