क्वांटम त्रुटि सुधार के दृष्टिकोण से क्लिफर्ड संचालन का महत्व


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QECC पर साहित्य में, क्लिफोर्ड फाटकों एक ऊंचा स्थान पर कब्जा।

निम्नलिखित उदाहरणों पर विचार करें जो इस बात की पुष्टि करते हैं:

  • जब आप स्टेबलाइजर कोड का अध्ययन करते हैं, तो आप अलग-अलग अध्ययन करते हैं कि एन्कोडेड क्लिफोर्ड गेट्स कैसे करें (भले ही ये ट्रांसवर्सली लागू न हों)। QECC पर सभी परिचयात्मक सामग्री क्वांटम कोड पर एन्कोडेड क्लिफोर्ड संचालन करने पर जोर देती है। और अन्यथा भी, क्लिफर्ड गेट्स पर जोर दें (यानी, क्वांटम कोड्स में एन्कोडेड क्लिफोर्ड गेट्स न करते हुए भी)।

  • मैजिक स्टेट डिस्टिलेशन का पूरा विषय कुछ लागतों के वर्गीकरण पर आधारित है (क्लिफर्ड गेट्स के प्रदर्शन सहित) कम लागत वाले ऑपरेशनों के रूप में, जबकि, उदाहरण के लिए, टोफोली-गेट या π/8-गेट, उच्च-लागत संचालन के रूप में।

संभावित जवाब:

  1. यह साहित्य में कुछ स्थानों पर उचित है, उदाहरण के लिए, गोट्समैन के पीएचडी शोध प्रबंध और उनके द्वारा कई पत्र, और यह भी https://arxiv.org/abs/quant-ph/0403025 में । इन स्थानों में दिए गए कारण यह है कि कुछ स्टेबलाइजर कोडों पर कुछ क्लिफ़ोर्ड गेट्स को ट्रांसवर्सली (एक प्रोटोटाइप फॉल्ट-टॉलरेंट ऑपरेशन) करना संभव है। दूसरी ओर, क्वांटम कोडों पर गैर-क्लिफोर्ड फाटकों का एक अनुप्रस्थ अनुप्रयोग खोजना आसान नहीं है। मैंने इसे स्वयं सत्यापित नहीं किया है, लेकिन सिर्फ उन बयानों से जा रहा हूं, जो गॉटसमैन अपने पीएचडी में करता है। निबंध और कुछ समीक्षा लेख।

क्वांटम कोड पर एक एन्कोडेड गेट को पारस्‍परिक रूप से प्रदर्शन नहीं करने के कारण कोड पर कहा गया प्रदर्शन गेट की लागत तुरंत बढ़ जाती है। और इसलिए क्लिफोर्ड द्वार प्रदर्शन कम-लागत श्रेणी में जाता है, जबकि गैर-क्लिफोर्ड द्वार उच्च-लागत श्रेणी में जाता है।

  1. इंजीनियरिंग के नजरिए से, क्वांटम गणना की बुनियादी इकाइयों की एक मानकीकृत सूची (राज्य की तैयारी, फाटक, माप-वेधशाला / आधार), आदि पर निर्णय लेना महत्वपूर्ण है। क्लिफर्ड गेट का प्रदर्शन कई कारणों से उस सूची में सुविधाजनक विकल्प के लिए करता है। (सार्वभौमिक क्वांटम गेट्स के सबसे प्रसिद्ध सेटों में कई क्लिफोर्ड गेट्स शामिल हैं, गोट्समैन-निले प्रमेय **, आदि)।

ये केवल दो कारण हैं जिनके बारे में मैं सोच सकता था कि क्लिफोर्ड समूह को क्यूईसीसी (विशेषकर जब आप स्टेबलाइजर कोड का अध्ययन कर रहे हैं) के अध्ययन में इतना ऊंचा दर्जा प्राप्त है। दोनों ही कारण इंजीनियरिंग के नजरिए से उपजे हैं।

तो सवाल यह है कि क्या कोई अन्य कारणों की पहचान कर सकता है, जो इंजीनियरिंग के नजरिए से नहीं आता है? क्या कुछ अन्य प्रमुख भूमिका है जो क्लिफोर्ड द्वार खेलते हैं, जिन्हें मैंने याद किया है?

संभावित अन्य कारण: मुझे पता है कि क्लिफर्ड समूह यूनिटी समूह (पर) में पाउली समूह का सामान्य है nqubit सिस्टम)। इसके अलावा, कि इसमें एक सेमीडायरेक्ट प्रोडक्ट स्ट्रक्चर है (वास्तव में सेमीडायरेक्ट प्रोडक्ट ग्रुप का एक प्रॉजेक्टिव रिप्रेजेंटेशन)। क्या इन संबंधों / गुणों से खुद को एक और कारण मिलता है कि किसी को स्टेबलाइजर कोड के साथ क्लिफर्ड समूह का अध्ययन करने की आवश्यकता क्यों है ?

* इसे ठीक करने के लिए स्वतंत्र महसूस करें। ** जो कहता है कि कुछ परिचालनों तक ही सीमित है, आप क्वांटम लाभ प्राप्त नहीं कर सकते हैं, और इसलिए आपको उन परिचालनों के सेट की तुलना में थोड़ी अधिक आवश्यकता है जो आपने शुरू में खुद को प्रतिबंधित किया था।

जवाबों:


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क्लिफ़ोर्ड संचालन अक्सर स्टेबलाइज़र कोड में गलती से-सहिष्णुता से करना आसान होता है, या तो ट्रांसवर्सली या कोड विरूपण द्वारा। कारण बिल्कुल वैसा ही है जैसा आपने सोचा था: बाद वाले स्टेबलाइजर कोड को परिभाषित करने के लिए इन गेट्स और पॉलिस के बीच विशेष संबंध का उपयोग किया जाता है।

कोडों में गैर-क्लिफोर्ड फाटकों को प्राप्त करना संभव है, लेकिन एक कीमत का भुगतान करना होगा। विशेष रूप से, कोडों के ज्यामितीय इलाके और उन द्वारों के बीच एक संबंध है जो वे पारगमन कर सकते हैं। इसलिए यदि आपको 2 डी जाली (जैसे सतह या रंग कोड) पर केवल निकटतम पड़ोसी नियंत्रित फाटक करने की अनुमति है, तो केवल क्लिफोर्ड संभव होगा। इस पर अधिक के लिए एक जैसे कागजात देखें।

तथ्य यह है कि हम स्टैबिलाइज़र कोड से दोष-सहिष्णु क्लिफोर्ड की उम्मीद कर सकते हैं, बाद में सार्वभौमिक गेट सेटों को संश्लेषित करने के लिए तकनीकों के दिल में डाल दिया गया है। इसलिए यदि गैर-स्टेबलाइजर एनकोडेड राज्य को गैर-दोष-सहिष्णु तरीके से बनाने का एक तरीका है, तो हम जानते हैं कि हमारे तार्किक क्लिफोर्ड का उपयोग करके इसे कैसे साफ किया जाए। इन राज्यों को घुमाव में बदलने के लिए, हम अपने तार्किक क्लिफ़ोर्ड का उपयोग करते हैं। इसलिए यदि आपके पास एक कोड है और आप इन सभी ऑफ-द-शेल्फ परिणामों को लागू करना चाहते हैं, तो आप अपने दोष-सहिष्णु क्लिफोर्ड को बेहतर तरीके से ढूंढ पाएंगे। या कम से कम पॉलिस, एच और एक सीजेड या सीएनओटी यदि आप उन सभी का प्रबंधन नहीं कर सकते हैं।


कृपया निम्नलिखित कथन पर विचार करें: "स्टेबलाइजर कोड्स के लिए, नॉन-क्लिफर्ड एन्कोडेड गेट्स के ट्रांसवर्सल कार्यान्वयन की घटनाओं को क्लिफोर्ड एन्कोडेड गेट्स के ट्रांसवर्सल कार्यान्वयन की तुलना में दुर्लभ है।" क्या आपको लगता है कि यह कथन उचित है? क्या साहित्य में ऐसा कुछ है जो इसे सही ठहराता है? क्या लोगों ने इसका जवाब खोजने की कोशिश की है? उदाहरण के लिए: मैं ट्रांसवर्सल और यूनिवर्सल गेट्स के बीच नो-गो प्रमेयों को जानता हूं। इन नो-गो प्रमेयों में से कुछ भी एन्कोडेड नॉन-क्लिफोर्ड यूनिट्स के ट्रांसवर्सल / नॉन-ट्रान्सवर्सेलर कार्यान्वयन के बारे में कुछ स्पष्ट नहीं करते हैं?
तन्मय सिंगल

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कोडों के ज्यामितीय इलाके और गेट्स के बीच एक संबंध है जो वे ट्रांसवर्सली कर सकते हैं। एक 2 डी जाली (सबसे यथार्थवादी) पर किए जा सकने वाले कोड के लिए केवल क्लिफोर्ड संभव है। उदाहरण के लिए arxiv.org/abs/1408.1720 देखें
जेम्स वूटटन
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