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量子物理

arXiv:2505.07804 (quant-ph)
[提交于 2025年5月12日 (v1) ,最后修订 2025年8月8日 (此版本, v2)]

标题: 量子经典模拟:统一克利福德、匹配门和纠缠

标题: Quon Classical Simulation: Unifying Cliffords, Matchgates and Entanglement

Authors:Zixuan Feng, Zhengwei Liu, Fan Lu, Ningfeng Wang
摘要: 我们提出了一种新的拓扑复杂性框架,用于研究量子电路和张量网络的计算复杂性。 在此框架中,我们建立了混合Clifford-Matchgate电路的Quon经典模拟(QCS),这对于Clifford电路和Matchgate电路都是高效的,因此回答了一个长期存在的关于统一高效经典模拟的开放问题。 该框架建立在Quon语言之上,这是一种具有时空边界和缺陷的2+1D拓扑量子场论。 其指数级计算复杂性由Magic holes捕捉,Magic holes是一种捕捉全局长程纠缠的拓扑特征。 Clifford电路和Matchgate电路都没有Magic holes。 Cliffords和Matchgates的高效经典模拟通过两种并行操作实现,分别是3-流形的广义手术理论和二维边界上的Yang-Baxter关系,同时还具有额外的二进制算术性质。
摘要: We propose a new framework of topological complexity to study the computational complexity of quantum circuits and tensor networks. Within this framework, we establish the Quon Classical Simulation (QCS) for hybrid Clifford-Matchgate circuits, which is efficient for both Clifford circuits and Matchgate circuits, therefore answering a long standing open question on unifying efficient classical simulations. This framework is built upon the Quon language, a 2+1D topological quantum field theory with space-time boundary and defects. Its exponential computation complexity is captured by Magic holes, a topological feature capturing the global long-range entanglement. Both Clifford circuits and Matchgate circuits are free of Magic holes. Efficient classical simulations of Cliffords and Matchgates are implemented by two parallel operations, generalized surgery theory of 3-manifolds and Yang-Baxter relations on the 2D boundary respectively, with additional binary arithmetic properties.
评论: 44页,许多图表
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 计算复杂性 (cs.CC); 数学物理 (math-ph)
MSC 类: 81P45
引用方式: arXiv:2505.07804 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2505.07804v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.07804
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Zhengwei Liu [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 12 日 17:53:05 UTC (2,564 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 8 月 8 日 16:08:20 UTC (1,447 KB)
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