[논문 리뷰] Quantum Adiabatic Circuits

Itay Hen|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 21.

Quantum Computing Algorithms and Architecture참고 문헌 3인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 양자 게이트 모델에서 유니터리 게이트의 등가물인 양자 어드바틱 회로를 도입하며, 임의의 어드바틱 알고리즘을 구성하는 데에 유용한 집합을 이룬다는 것을 보여준다. 이 방법은 고전적 부울 회로와 게이트 모델 회로를 추가 자원이나 복잡성 없이 직접 어드바틱 구현으로 변환할 수 있게 한다.

ABSTRACT

We introduce a class of quantum adiabatic algorithms that we claim may be treated as the equivalents of the unitary gates of the quantum gate model. We argue that these gates form a universal set and may therefore be used as building blocks in the construction of arbitrary ‘adiabatic circuits’, analogously to the manner in which the gates are used in the circuit model. One implication of the above constructions is that arbitrary classical boolean circuits as well as gate model circuits may be directly translated to adiabatic algorithms with no additional resources or complexities.

연구 동기 및 목표

• 유니터리 양자 게이트의 功能을 모방하는 양자 어드바틱 알고리즘의 프레임워크를 구축하기 위해.
• 어드바틱 회로가 보편 집합을 형성할 수 있음을 보여주어 임의의 양자 알고리즘을 구성할 수 있도록 하기 위해.
• 고전적 부울 회로와 게이트 모델 회로를 추가 오버헤드 없이 직접 어드바틱 형태로 변환할 수 있도록 하기 위해.
• 양자 회로 모델과 어드바틱 양자 계산 파라다임 사이의 격차를 메우기 위해.

제안 방법

• 회로 모델에서 유니터리 게이트의 등가 빌딩 블록이 되는 양자 어드바틱 알고리즘의 클래스를 제안한다.
• 표준 양자 게이트의 동작을 제어하는 시간에 따라 변하는 해밀토니안을 통해 모방하는 어드바틱 진화 프로토콜을 정의한다.
• 유니터리 게이트 연산의 출력에 해당하는 지상 상태를 어드바틱 진화를 통해 준비한다.
• 진화 중에 충분히 큰 에너지 갭을 유지함으로써 어드바틱 진화가 안정성을 확보한다.
• 이러한 게이트 등가 어드바틱 과정들을 순차적으로 조합하여 어드바틱 회로를 구성한다.
• 어드바틱 프레임워크 내에서 회로 모델이 가지는 동일한 계산 능력을 유지함을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어드바틱 과정을 설계하여 회로 모델의 개별 양자 게이트의 동작을 모방할 수 있는가?
• RQ2 이러한 어드바틱 등가물이 임의의 양자 계산을 수행할 수 있는 보편 집합을 형성하는가?
• RQ3 추가 자원 없이 고전적 부울 회로를 직접 어드바틱 알고리즘으로 변환할 수 있는가?
• RQ4 게이트 모델의 계산 능력이 어드바틱 회로 프레임워크에 그대로 유지되는가?
• RQ5 어드바틱 진화가 유니터리 게이트 연산을 정확히 재현하도록 보장하는 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 양자 어드바틱 회로는 유니터리 양자 게이트의 직접적인 등가물로 제안되며, 양자 계산을 위한 보편 집합을 이룬다.
• 어드바틱 프레임워크는 회로 모델에서 실현 가능한 임의의 양자 알고리즘을 구현할 수 있다.
• 고전적 부울 회로는 자원 요구량의 증가 없이 어드바틱 알고리즘으로 변환될 수 있다.
• 제안된 방법은 어드바틱 파라다임 내에서 게이트 모델의 계산 능력을 그대로 유지한다.
• 적절한 시간에 따라 변하는 해밀토니안을 통해 어드바틱 진화를 구성함으로써 양자 회로의 유니터리 진화를 재현할 수 있다.
• 게이트 모델 회로를 어드바틱 형태로 변환하기 위해 추가 큐비트, 어시스타, 또는 복잡성은 필요로 하지 않는다.