纠缠纯化电路的比 Clifford 更快模拟及其全栈优化
量子物理
2023-07-14 v1 新兴技术
摘要
量子纠缠是量子信息科学中一种根本重要的资源；然而，在实践中产生它受到噪声与退相干的困扰，限制了其效用。纠缠蒸馏与前向纠错是我们用来对抗此噪声的工具，但设计性能良好、尤其在当今不完美硬件上运行的优质蒸馏与纠错电路仍具挑战性。在此，我们开发了一种蒸馏电路的模拟算法，其门模拟复杂度为 O(1) 步，相比 n 个量子比特上 O(n) 的 Clifford 模拟器或 O(2ⁿ) 的波函数模拟器大幅加快了建模速度。这一新模拟器使得不仅建模而且优化实际有趣的纯化电路成为可能。它使我们能够使用简单的离散优化算法，从 n 个原始贝尔对设计至 k 个纯化对的纯化电路，并研究这些电路在第二代量子中继器中逻辑量子比特隐形传态中的使用。所得纯化电路是已知有限的含噪硬件上最优的纯化电路，并可针对特定硬件误差模型进行微调。此外，我们设计的纯化电路塑造了纯化对中误差的关联，使得隐形传态或其他更高层协议中使用的纠错码性能大为改善。我们优化网络栈多层（底层纠缠纯化及其上的前向纠错）的方法，被证明对于设计高性能第二代量子中继器不可或缺。
引用
@article{arxiv.2307.06354,
title = {Faster-than-Clifford Simulations of Entanglement Purification Circuits and Their Full-stack Optimization},
author = {Vaishnavi L. Addala and Shu Ge and Stefan Krastanov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.06354},
year = {2023}
}