基于相空间高斯函数的玻色量子比特快速模拟
量子物理
2022-04-26 v1
摘要
玻色量子比特是在多种物理平台上构建容错量子计算机的一条有前景的途径。在现有解析与数值工具下，研究玻色量子比特在真实门与测量下的性能颇具挑战。我们提出一种模拟可表示为相空间中高斯函数线性组合态的新形式体系。该形式体系使我们能够分析与模拟广泛的一类非高斯态、变换与测量。我们展示了如何使用该形式体系模拟几类有用的玻色量子比特——Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP)、猫态与 Fock 态——从而为研究玻色量子比特在高斯信道与测量下、经门隐形传态实现的非高斯变换下、以及阈值与光子数探测等重要非高斯测量下的行为打开大门。我们的形式体系能够以现有方法不可行的精度水平模拟这些情形。最后，我们运用受该形式体系启发的方法，模拟了对于玻色量子比特容错量子计算研究至关重要但超出现有技术能力的电路。具体而言，我们考察了有限能量 GKP 态在真实量子比特相位门下的变换、与 CV 簇态的接口、以及利用魔法态经非 Clifford T 门隐形传态下的变换。我们将模拟方法作为开源 Strawberry Fields Python 库的一部分实现。
引用
@article{arxiv.2103.05530,
title = {Fast simulation of bosonic qubits via Gaussian functions in phase space},
author = {J. Eli Bourassa and Nicolás Quesada and Ilan Tzitrin and Antal Száva and Theodor Isacsson and Josh Izaac and Krishna Kumar Sabapathy and Guillaume Dauphinais and Ish Dhand},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.05530},
year = {2022}
}
备注
Code available at: https://github.com/XanaduAI/strawberryfields. Documentation available at: https://strawberryfields.readthedocs.io/en/latest/. Tutorials available at: https://strawberryfields.ai/photonics/demonstrations.html