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量子物理

arXiv:2412.18973v1 (quant-ph)
[提交于 2024年12月25日 ]

标题: 去随机化浅层阴影:使用有限深度电路的高效泡利学习

标题: Derandomized shallow shadows: Efficient Pauli learning with bounded-depth circuits

Authors:Katherine Van Kirk, Christian Kokail, Jonathan Kunjummen, Hong-Ye Hu, Yanting Teng, Madelyn Cain, Jacob Taylor, Susanne F. Yelin, Hannes Pichler, Mikhail Lukin
摘要: 高效估计大量非对易可观测量是许多量子科学任务的重要子程序。 我们提出了去随机化浅层阴影(DSS)算法,用于使用浅层电路旋转到测量基中,以高效学习大量非对易可观测量。 利用张量网络技术确保经典资源的多项式扩展,我们的算法输出一组浅层测量电路,该电路近似最小化给定一组泡利字符串的样本复杂度。 我们在数值上展示了与最先进的技术相比,在量子化学基准的能量估计和量子多体系统的验证中的系统性改进,并且我们观察到随着允许更深层的测量电路,DSS的性能持续提高。 这些结果表明,除了作为高效、低深度的独立算法外,DSS还可以使需要估计多个非对易可观测量的更大量子算法受益。
摘要: Efficiently estimating large numbers of non-commuting observables is an important subroutine of many quantum science tasks. We present the derandomized shallow shadows (DSS) algorithm for efficiently learning a large set of non-commuting observables, using shallow circuits to rotate into measurement bases. Exploiting tensor network techniques to ensure polynomial scaling of classical resources, our algorithm outputs a set of shallow measurement circuits that approximately minimizes the sample complexity of estimating a given set of Pauli strings. We numerically demonstrate systematic improvement, in comparison with state-of-the-art techniques, for energy estimation of quantum chemistry benchmarks and verification of quantum many-body systems, and we observe DSS's performance consistently improves as one allows deeper measurement circuits. These results indicate that in addition to being an efficient, low-depth, stand-alone algorithm, DSS can also benefit many larger quantum algorithms requiring estimation of multiple non-commuting observables.
评论: 10+29页,9图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el); 机器学习 (cs.LG)
引用方式: arXiv:2412.18973 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2412.18973v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.18973
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Katherine Van Kirk [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 12 月 25 日 19:23:29 UTC (2,568 KB)
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