魔法状態評価の大規模化に向けた効率的アルゴリズム

• Item type: SIG Technical Reports(1)
• 公開日: 2023-10-19
• タイトル: 魔法状態評価の大規模化に向けた効率的アルゴリズム
• タイトル / 言語: en
• タイトル: Handbook for Efficiently Quantifying Robustness of Magic
• 言語: jpn
• 資源タイプ / 資源タイプ識別子: http://purl.org/coar/resource_type/c_18gh
• 資源タイプ: technical report
• 著者所属: 東京大学工学部計数工学科
• 著者所属: 東京大学工学部計数工学科
• 著者所属: 東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Mathematical Engineering and Information Physics, University of Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Mathematical Engineering and Information Physics, University of Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Department of Applied Physics, University of Tokyo
• 著者名: 浜口, 広樹; 浜田, 航宇; 吉岡, 信行
• 著者名(英): Hiroki, Hamaguchi; Kou, Hamada; Nobuyuki, Yoshioka
• 論文抄録 / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録 / 内容記述: Robustness of Magic（RoM）とは，魔法状態の多寡によって量子状態の古典計算複雑性を特徴づける量の一つである．本稿では，その RoM を効率的に求める新しい様々なアルゴリズムを提案する．従来は一般の場合に 5 量子ビットが数値的な限界とされてきたが，内積による問題の簡略化や列生成法と強双対定理を用いて，7 量子ビット程度まで RoM の最適性を保証しながら効率的に計算した．また，高速アダマール変換を用いた 14 量子ビット程度まで動作する近似アルゴリズムを考案した．さらに，それら手法と RoM の一般的な性質などを合わせて用いることで，テンソル積の構造を持つ量子状態に対しても，対称性などに着目して従来手法の拡張を行った．これらの手法などは RoM のみに限らず，いくつかのスタビライザー状態に関する量の計算にも応用が可能となる．
• 論文抄録(英) / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録(英) / 内容記述: Robustness of Magic (RoM) is a metric for quasi-probabilistic decomposition of a quantum state into stabilizer states. In this paper, we propose various new algorithms for efficiently calculating the RoM. While the numerical limit for exact evaluation of the RoM has conventionally been up to 5 qubits for the general quantum states, we have efficiently computed RoM up to 7 qubits with guaranteed optimality, by utilizing novel techniques based on inner products and column generation. Furthermore, we have developed an approximation algorithm that works up to around 14 qubits using fast Walsh-Hadamard transform. We also develop an efficient approximation algorithm for tensor products of single quantum states, and find that we may compute the RoM up to 15 qubits or so. We envision that our methods can be applied not only to RoM but also to the computation of other resource measures related to stabilizer, entanglement, error mitigation, among others.
• 書誌レコードID / 収録物識別子タイプ: NCID
• 書誌レコードID / 収録物識別子: AA12894105
• 書誌情報: 研究報告量子ソフトウェア（QS）; 巻 2023-QS-10, 号 12, p. 1-19, 発行日 2023-10-19
• ISSN / 収録物識別子タイプ: ISSN
• ISSN / 収録物識別子: 2435-6492
• Notice: SIG Technical Reports are nonrefereed and hence may later appear in any journals, conferences, symposia, etc.
• 出版者 / 言語: ja
• 出版者: 情報処理学会