Efficient methods for the representation and simulation of quantum states and quantum operations are crucial for the optimization of quantum circuits. Decision diagrams (DDs), a well-studied data structure originally used to represent Boolean functions, have proven capable of capturing relevant aspects of quantum systems, but their limits are not well understood. In this work, we investigate and bridge the gap between existing DD-based structures and the stabilizer formalism, an important tool for simulating quantum circuits in the tractable regime. We first show that although DDs were suggested to succinctly represent important quantum states, they actually require exponential space for certain stabilizer states. To remedy this, we introduce a more powerful decision diagram variant, called Local Invertible Map-DD (LIMDD). We prove that the set of quantum states represented by poly-sized LIMDDs strictly contains the union of stabilizer states and other decision diagram variants. Finally, there exist circuits which LIMDDs can efficiently simulate, but which cannot be efficiently simulated by two state-of-the-art simulation paradigms: the Clifford + T simulator and Matrix-Product States. By uniting two successful approaches, LIMDDs thus pave the way for fundamentally more powerful solutions for simulation and analysis of quantum computing.


翻译:量子状态和量子运行的高效表述和模拟方法对于量子电路的优化至关重要。决定图(DDs)是一个研究周密的数据结构,最初用来代表布林函数,但已证明能够捕捉量子系统的相关方面,但它们的局限性却不十分清楚。在这项工作中,我们调查并弥合了现有基于DD结构与稳定器形式学之间的差距,后者是模拟可移植系统中量子电路的重要工具。我们首先表明,虽然建议DDDs简明代表重要的量子电路,但实际上它们需要某些稳定器国家的指数空间。为了纠正这一点,我们引入了一个更强大的决定图变方,称为“本地不可逆的地图-DD(LIMD) ” 。我们证明,多尺寸的LIMDs所代表的量子状态严格包含稳定器状态和其他决策图变体的结合。最后,存在一些LIMDs能够有效模拟的电路路,但两个状态模拟模式是无法有效模拟的,但它们实际上需要某些稳定器国家的指数空间。为了纠正这一点,我们引入了更强大的决定图变方,我们引入了更强大的决定图变体图变体变体图变体,我们用两种方法,即克里夫+Tima-Timatoratorto and mact and mact-Propraldorto-Propraldaldaldaldaldaldors for for pregalpaldaldalpaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldways for lapaldwaydwaydaldaldaldaldaldald pourdaldaldald 和 maldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldald 。两种方法, 方法, 和 maldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldald 和基计算方法, 。两种方法

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
76+阅读 · 2020年7月26日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
91+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
100+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年9月26日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Tutorial
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员