[论文解读] Quantum Adiabatic Circuits

Itay Hen|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2014

Quantum Computing Algorithms and Architecture参考文献 3被引用 1

一句话总结

本文提出了量子绝热电路——即量子线路模型中酉门的等价物——证明其可构成构建任意绝热算法的通用集合。该方法可直接将经典布尔电路和线路模型电路转换为绝热实现，且无需额外资源或复杂度。

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.

研究动机与目标

• 建立一个量子绝热算法框架，以模拟线路模型中酉量子门的功能。
• 证明绝热电路可构成通用集合，从而能够构建任意量子算法。
• 实现经典布尔电路和线路模型电路向绝热形式的直接转换，且无需额外开销。
• 弥合量子线路模型与绝热量子计算范式之间的差距。

提出的方法

• 提出一类量子绝热算法，旨在作为线路模型中酉门的等效构建模块。
• 定义绝热演化协议，通过受控的时间依赖哈密顿量来模拟标准量子门的作用。
• 利用绝热演化制备对应于酉门操作输出的基态。
• 通过在演化过程中保持足够大的能隙，确保绝热演化具有鲁棒性。
• 通过按顺序组合这些等效于门的绝热过程，构建绝热电路。
• 证明线路模型中的计算能力在绝热框架中得以保留。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否设计出可模拟线路模型中单个量子门行为的绝热过程？
• RQ2 这些绝热等价物是否构成一个通用集合，能够实现任何量子计算？
• RQ3 能否在不增加额外资源的情况下，将经典布尔电路直接转换为绝热算法？
• RQ4 门模型的计算能力是否在绝热电路框架中得以保留？
• RQ5 何种条件可确保绝热演化准确重现酉门操作？

主要发现

• 提出量子绝热电路作为酉量子门的直接类比，构成量子计算的通用集合。
• 绝热框架可实现线路模型中可实现的任意量子算法。
• 经典布尔电路可转换为绝热算法，且资源需求不增加。
• 所提方法在绝热范式中保留了门模型的计算能力。
• 通过适当的时变哈密顿量，可结构化设计绝热演化以重现量子线路的酉演化。
• 将门模型电路转换为绝热形式时，无需额外的量子比特、辅助比特或复杂度。