Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Giao thức tổng quát cho cổng lượng tử phân tán
Tóm tắt
Trong tính toán lượng tử phân tán, các cổng lượng tử điều khiển từ xa được sử dụng thường xuyên và áp dụng trên các nút hoặc tiểu hệ thống khác nhau của một mạng. Một trong những cổng điều khiển phổ biến và nổi tiếng là cổng điều khiển-NOT n-qubit, đặc biệt là cổng Toffoli cho trường hợp ba qubit, thường được sử dụng để tổng hợp các mạch lượng tử. Trong bài báo này, chúng tôi xem xét một trường hợp tổng quát hơn, đó là cổng điều khiển-U n-qubit, và trình bày một giao thức tổng quát để thực hiện các cổng này từ xa với nguồn lực tối thiểu cần thiết. Sau đó, phương pháp đề xuất được áp dụng để thực hiện cổng Toffoli trong các hệ thống hai phần và ba phần. Trong phương pháp này, chúng tôi xem xét các trường hợp trong đó một nhóm qubit thuộc về một tiểu hệ thống của mạng. Sau đó, chúng tôi cải thiện việc tiêu hao nguồn lực.
Từ khóa
#cổng lượng tử #toán học lượng tử #cổng điều khiển #cổng Toffoli #mạng lượng tử #tính toán lượng tử phân tánTài liệu tham khảo
Nielsen, M.A., Chuang, I.L.: Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press, Cambridge (2010)
Grover, L.K.: A Fast Quantum Mechanical Algorithm for Database Search. In: Proceedings of the 28th Annual ACM Symposium on the Theory of Computing (STOC), pp. 212–219 (1996)
Shor, P.W.: Polynomial-time algorithms for prime factorization and discrete logarithms on a quantum computer. SIAM J. Sci. Comput. 26 (1997)
Hsieh, C.-R., Tasi, C.-W., Hwang, T.: Quantum secret sharing using GHZ-like state. Commun. Theor. Phys. 54(6), 1019 (2010)
Fröhlich, B., Lucamarini, M., Dynes, J.F., Comandar, L.C., Tam, W.W.-S., Plews, A., Sharpe, A.W., Yuan, Z., Shields, A.J.: Long-distance quantum key distribution secure against coherent attacks. Optica 4(1), 163–167 (2017)
Gisin, N.: Quantum-teleportation experiments turn 20. Nature 552(7683), 42–43 (2017)
Figgatt, C., Maslov, D., Landsman, K., Linke, N., Debnath, S., Monroe, C.: Complete 3-qubit Grover search on a programmable quantum computer. Nat. Commun. 8(1), 1918 (2017)
Feynman, R.P.: Simulating physics with computers. Int. J. Theor. Phys. 21, 467–488 (1982)
Deutsch, D.: Quantum theory, the Church-Turing principle and the universal quantum computer. Proc. R. Soc. Lond. A 400(1818), 97–117 (1985)
Fujii, K., Yamamoto, T., Koashi, M., Imoto, N.: A distributed architecture for scalable quantum computation with realistically noisy devices (2012). arXiv preprint arXiv:1202.6588
Ying, M., Feng, Y.: An algebraic language for distributed quantum computing. IEEE Trans. Comput. 58(6), 728–743 (2009)
Van Meter, R., Ladd, T.D., Fowler, A.G., Yamamoto, Y.: Distributed quantum computation architecture using semiconductor nanophotonics. Int. J. Quant. Inf. 8, 295–323 (2010)
Krojanski, H.G., Suter, D.: Scaling of decoherence in wide NMR quantum registers. Phys. Rev. Lett. 93(9), 090501 (2004)
Nickerson, N.H., Li, Y., Benjamin, S.C.: Topological quantum computing with a very noisy network and local error rates approaching one percent. Nat. Commun. 4, 1756 (2013)
Grover, L.K.: Quantum telecomputation (1997). arXiv preprint arXiv:quant-ph/9704012v2
Cleve, R., Buhrman, H.: Substituting quantum entanglement for communication. Phys. Rev. A 56(2), 1201 (1997)
Cirac, J., Ekert, A., Huelga, S., Macchiavello, C.: Distributed quantum computation over noisy channels. Phys. Rev. A 59(6), 4249 (1999)
Meter, R.V., Munro, W., Nemoto, K., Itoh, K.M.: Arithmetic on a distributed-memory quantum multicomputer. ACM J. Emerg. Technol. Comput. Syst. 3(4), 2 (2008)
Yepez, J.: Type-II quantum computers. Int. J. Mod. Phys. C 12(09), 1273–1284 (2001)
Bennett, C.H., Brassard, G., Crepeau, C., Jozsa, R., Peres, A., Wootters, W.K.: Teleporting an unknown quantum state via dual classical and Einstein-Podolsky-Rosen channels. Phys. Rev. Lett. 70(13), 1895–1899 (1993)
Bouwmeester, D., Pan, J.-W., Mattle, K., Eibl, M., Weinfurter, H., Zeilinger, A.: Experimental quantum teleportation. Nature 390(6660), 575 (1997)
Nielsen, M.A., Knill, E., Laflamme, R.: Complete quantum teleportation using nuclear magnetic resonance. Nature 396(6706), 52 (1998)
Riebe, M., Häffner, H., Roos, C., Hänsel, W., Benhelm, J., Lancaster, G., Körber, T., Becher, C., Schmidt-Kaler, F., James, D.: Deterministic quantum teleportation with atoms. Nature 429(6993), 734 (2004)
Yimsiriwattana, A., Lomonaco, S.J. Jr.: Distributed quantum computing: a distributed shor algorithm. Quantum Information and Computation II. Vol. 5436. International Society for Optics and Photonics (2004)
Zomorodi-Moghadam, M., Houshmand, M., Houshmand, M.: Optimizing teleportation cost in distributed quantum circuits. Int. J. Theoret. Phys. 7(3): 848–861 (2018).
Andrés-Martínez, P., Chris, H.: Automated distribution of quantum circuits (2018). arXiv preprint arXiv:1811.10972
Daei, O., Navi, K., Zomorodi-Moghadam, M.: Optimized quantum circuit partitioning. Int. J. Theoret. Phys. (2020)
Davarzani, Z., Zomorodi-Moghadam, M., Houshmand, M., Nouri-baygi, M.: A dynamic programming approach for distributing quantum circuits by bipartite graphs. Quantum Inf. Process. 19(10), 1–18 (2020)
Houshmand, M., Mohammadi, Z., Zomorodi-Moghadam, M., Houshmand, M.: An evolutionary approach to optimizing communication cost in distributed quantum computation. Int. J. Theor. Phys. 59(4), 1315–1329 (2020)
Eisert, J., Jacobs, K., Papadopoulos, P., Plenio, M.: Optimal local implementation of non-local quantum gates. Phys. Rev. A 62(5), 052317 (2000)
Luo, M.-X., Li, H.-R.: Distributed quantum computation assisted by remote Toffoli gate. In: International Conference on Cloud Computing and Security, pp. 475–485. Springer (2016)
Nickerson, N.: Practical fault-tolerant quantum computing (2015)
Caleffi, M., Cacciapuoti, A., Bianchi, G.: Quantum internet: from communication to distributed computing. In NANOCOM ‘18 Proceedings of the 5th ACM International Conference on Nanoscale Computing and Communication, Reykjavik, Iceland (2018)
Cacciapuoti, A., Caleffi, M., Tafuri, F., Cataliotti, F., Gherardini, S., Bianchi, G.: Quantum Internet: Networking Challenges in Distributed Quantum Computing (2019). arXiv:1810.08421
Hu, S., Cui, W.X., Wang, D.Y., Bai, C.H., Guo, Q., Wang, H.F., et al.: Teleportation of a Toffoli gate among distant solid-state qubits with quantum dots embedded in optical microcavities. Sci. Rep. (2015)
Sun, G.Q., Wu, J.L., Niu, W., Yu, W.R., & Ji, X.: Remote implementation of a Fredkin gate via virtual excitation of an atom‐cavity‐fiber system. Annalen der Physik, 532(1), (2020)
Yokoyama, S., et al.: Non-local quantum gate on quantum continuous variables with minimal resources. Phys. Rev. A 90(1), 012311 (2014)
Toffoli, T. Reversible computing. In: International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (pp. 632–644). Springer, Berlin (1980)