ذكاء البيانات التوليدية

Actis: اتحاد محلي صارم – ابحث عن وحدة فك التشفير

التاريخ:

تيم تشان1 و سيمون سي بنيامين1,2

1قسم المواد ، جامعة أكسفورد ، باركس رود ، أكسفورد OX1 3PH ، المملكة المتحدة
2حركة كوانتوم ، 9 ستيرلنج واي ، لندن N7 9HJ ، المملكة المتحدة

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

تتطلب الحوسبة الكمومية المتسامحة مع الأخطاء أجهزة كلاسيكية لإجراء عملية فك التشفير اللازمة لتصحيح الخطأ. يعد جهاز فك التشفير Union–Find واحدًا من أفضل المرشحين لهذا الغرض. ولها خصائص عضوية ملحوظة، تنطوي على نمو ودمج هياكل البيانات من خلال خطوات الجار الأقرب؛ وهذا يشير بطبيعة الحال إلى إمكانية تحقيقه باستخدام شبكة من المعالجات البسيطة ذات الروابط المجاورة الأقرب. وبهذه الطريقة يمكن توزيع الحمل الحسابي بتوازي شبه مثالي. نوضح هنا لأول مرة أن هذه المنطقة الصارمة (وليست الجزئية) عملية، مع وقت تشغيل أسوأ حالة $mathcal O(d^3)$ ومتوسط ​​وقت تشغيل دون تربيعي في مسافة الكود السطحي $d$. يتم استخدام مخطط جديد لحساب التكافؤ يمكنه تبسيط البنى المقترحة مسبقًا، وقد تم تحسين نهجنا للضوضاء على مستوى الدائرة. نحن نقارن إنجازنا المحلي مع تحقيق معزز بروابط طويلة المدى؛ في حين أن الأخير بالطبع أسرع، نلاحظ أن المنطق المحلي غير المتزامن يمكن أن ينفي الفرق.

تمتلك أجهزة الكمبيوتر الكمومية القدرة على تقديم قوة حسابية رائدة، ولكن فقط إذا كانت محمية من الضوضاء. يتم ذلك عن طريق تصحيح الأخطاء: وهي طريقة لاستبدال العديد من الكيوبتات الصاخبة (وحدات الحساب) مقابل عدد أقل من الكيوبتات ولكن أكثر كمالا. المهمة الفرعية الحاسمة المتمثلة في مراقبة القياسات من المعالج الكمي للاستدلال عند حدوث الأخطاء تسمى فك التشفير. يجب أن يتم ذلك بسرعة كبيرة من أجل مواكبة الآلة الكمومية. نحن هنا نقوم بتعديل خوارزمية فك التشفير الموجودة لجعلها محلية، أي قابلة للتشغيل على شبكة من خلايا المعالجة المتماثلة، كل منها تتواصل فقط مع أقرب جيرانها. تتمتع المنطقة بفوائد عملية مختلفة من حيث السرعة والتخطيط والمتانة. لقد اختبرنا تصميمنا المحلي ووجدنا أن وقت تشغيله يتصرف بالفعل بشكل أفضل من الخوارزمية الأصلية؛ ثم نقترح استخدام الأجهزة "غير المتزامنة" لتحقيق أقصى قدر من الأداء المطلق لتصميمنا.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] إريك دينيس وأليكسي كيتاييف وأندرو لاندال وجون بريسكيل. "الذاكرة الكمومية الطوبولوجية". مجلة الفيزياء الرياضية 43 ، 4452-4505 (2002).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.1499754

[2] أوستن جي فاولر ، وماتيو ماريانتوني ، وجون إم مارتينيس ، وأندرو إن كليلاند. "رموز السطح: نحو حساب كمومي عملي واسع النطاق". مراجعة البدنية أ 86 ، 032324 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.032324

[3] دانيال ليتينسكي. "لعبة رموز السطح: الحوسبة الكمومية واسعة النطاق مع جراحة الشبكية". الكم 3 ، 128 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-03-05-128

[4] جاك إدموندز. "المسارات والأشجار والزهور". المجلة الكندية للرياضيات 17، 449-467 (1965).
https: / / doi.org/ 10.4153 / CJM-1965-045-4

[5] أوستن جي فاولر، وآدم سي. وايتسايد، ولويد سي إل هولينبرج. "نحو معالجة كلاسيكية عملية للكود السطحي". رسائل المراجعة البدنية 108، 180501 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.108.180501

[6] غيوم دوكلوس سيانشي وديفيد بولين. “أجهزة فك التشفير السريعة لرموز الكم الطوبولوجية”. رسائل المراجعة المادية 104، 050504 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.104.050504

[7] غيوم دوكلوس سيانشي وديفيد بولين. “خوارزمية فك تشفير مجموعة إعادة التطبيع لرموز الكم الطوبولوجية”. في عام 2010 ورشة عمل نظرية المعلومات IEEE. الصفحات 1-5. (2010).
https://​/doi.org/10.1109/​CIG.2010.5592866

[8] جيمس ر. ووتون ودانيال لوس. “تصحيح خطأ العتبة العالية للكود السطحي”. رسائل المراجعة البدنية 109، 160503 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.160503

[9] بن كريجر وعمران اشرف. "جمع متعدد المسارات لفك الشفرات الطوبولوجية ثنائية الأبعاد". الكم 2 ، 2 (102).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-10-19-102

[10] أوسكار هيجوت، توماس سي بوهدانوفيتش، ألكسندر كوبيكا، ستيفن تي فلاميا، وإيرل تي كامبل. "تحسين فك تشفير ضوضاء الدائرة والحدود الهشة للأكواد السطحية المخصصة". المراجعة البدنية X 13، 031007 (2023).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.13.031007

[11] أوسكار هيجوت ونيكولاس ب. بروكمان. “تحسين فك تشفير اللقطة الواحدة لرموز منتج الرسم البياني العالي الأبعاد”. بي آر إكس كوانتوم 4، 020332 (2023).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.4.020332

[12] كاو يويه كو وتشينج يي لاي. “استغلال الانحطاط في فك تشفير انتشار المعتقدات لرموز الكم”. npj معلومات الكم 8، 111 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-022-00623-2

[13] ميلاب شيث، وسارة ظفر جعفر زاده، وفلاد جورجيو. “فك تشفير المجموعة العصبية لرموز تصحيح الأخطاء الكمومية الطوبولوجية”. المراجعة البدنية أ 101، 032338 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.032338

[14] رامون دبليو جيه أوفر ووتر ومسعود بابائي وفابيو سيباستيانو. "مفكك تشفير الشبكة العصبية لتصحيح الخطأ الكمي باستخدام رموز السطح: استكشاف الفضاء لمقايضات أداء تكلفة الأجهزة". معاملات IEEE في هندسة الكم 3 ، 1–19 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2022.3174017

[15] نيكولا ديلفوس. "فك التشفير الهرمي لتقليل متطلبات الأجهزة للحوسبة الكمومية" (2020). أرخايف:2001.11427.
أرخايف: 2001.11427

[16] كاي مينيرز، تشاي يون بارك، وسيمون تريبست. “وحدة فك ترميز عصبية قابلة للتطوير لرموز السطح الطوبولوجية”. رسائل المراجعة البدنية 128، 080505 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.080505

[17] جوكول سوبرامانيان رافي، جوناثان إم بيكر، أراش فيازي، صوفيا فوهوي لين، علي جوادي أبهاري، مسعود بيدرام، وفريدريك تي تشونغ. “أفضل من فك التشفير الأسوأ لتصحيح الخطأ الكمي”. في وقائع المؤتمر الدولي الثامن والعشرون ACM حول الدعم المعماري للغات البرمجة وأنظمة التشغيل، المجلد 28. الصفحات 2-88. نيويورك، نيويورك، الولايات المتحدة الأمريكية (102). جمعية للآلات البرمجية.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3575693.3575733

[18] صامويل سي. سميث، وبنجامين ج. براون، وستيفن د. بارتليت. “جهاز فك التشفير المسبق المحلي لتقليل عرض النطاق الترددي وزمن الوصول لتصحيح الخطأ الكمي”. المراجعة البدنية التطبيقية 19، 034050 (2023).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.19.034050

[19] نيكولا ديلفوس وجيل زيمور. “أقصى احتمالية فك التشفير في الوقت الخطي للرموز السطحية عبر قناة المسح الكمي”. أبحاث المراجعة الفيزيائية 2، 033042 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033042

[20] نيكولاس ديلفوس ونعومي هـ. نيكرسون. "خوارزمية فك الشفرة للوقت الخطي تقريبًا للرموز الطوبولوجية". الكم 5 ، 595 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-12-02-595

[21] ناميثا لياناج، ويوي وو، وألكسندر ديترز، ولين تشونغ. "تصحيح الخطأ الكمي القابل للتطوير للرموز السطحية باستخدام FPGA" (2023). أرخايف:2301.08419.
أرخايف: 2301.08419

[22] أليكسي يو كيتايف. “الحساب الكمي المتسامح مع الأخطاء بواسطة الأنيونات”. حوليات الفيزياء 303، 2-30 (2003).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​S0003-4916(02)00018-0

[23] تيم تشان (2023). الكود: timchan0/localuf.
https://​/github.com/timchan0/localuf

[24] تيم تشان. “بيانات لـ Actis: اتحاد محلي صارم – ابحث عن وحدة فك التشفير” (2023).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.10075207

[25] مايكل إيه نيلسن وإسحاق إل تشوانج. "الحساب الكمي والمعلومات الكمومية: الطبعة العاشرة للذكرى السنوية". صحافة جامعة كامبرج. (10).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1017 / CBO9780511976667

[26] شينيو تان، فانغ تشانغ، روي تشاو، ياويون شي، وجيانشين تشين. "أجهزة فك تشفير الأكواد السطحية القابلة للتطوير مع التوازي في الوقت المناسب" (2022). أرخايف:2209.09219.
أرخايف: 2209.09219

[27] لوكا سكوريك، دان إي براون، كينتون إم بارنز، نيل آي جيليسبي، وإيرل تي كامبل. "يتيح فك تشفير النافذة المتوازية إجراء حسابات كمومية قابلة للتطوير ومتسامحة مع الأخطاء". اتصالات الطبيعة 14, 7040 (2023).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-023-42482-1

[28] شوي هو. "خوارزمية فك التشفير الزمني شبه الخطي للرموز الطوبولوجية ذات عتبة الخطأ العالية". رسالة الماجستير. جامعة دلفت للتكنولوجيا. (2020).
https: / / doi.org/ 10.13140 / RG.2.2.13495.96162

[29] أوسكار هيجوت. “PyMatching: حزمة بايثون لفك رموز الكم مع مطابقة مثالية ذات الحد الأدنى من الوزن”. معاملات ACM على الحوسبة الكمومية 3، 1-16 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3505637

[30] يو وو وناميثا لياناج ولين تشونغ. "تفسير وحدة فك تشفير Union-Find على الرسوم البيانية الموزونة" (2022). أرخايف:2211.03288.
أرخايف: 2211.03288

[31] روبرت إندري تارجان. “كفاءة خوارزمية اتحاد المجموعة الجيدة ولكن ليست الخطية”. مجلة ACM 22، 215–225 (1975).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 321879.321884

[32] شيلين هوانغ، ومايكل نيومان، وكينيث ر. براون. “فك تشفير الاتحاد الموزون المتسامح مع الأخطاء على كود توريك”. المراجعة البدنية أ 102، 012419 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.012419

[33] LMK Vandersypen، H. Bluhm، JS Clarke، AS Dzurak، R. Ishihara، A. Morello، DJ Reilly، LR Schreiber، and M. Veldhorst. “التفاعل بين البتات الكمومية في النقاط الكمومية والجهات المانحة – ساخنة وكثيفة ومتماسكة”. معلومات الكم npj 3، 34 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-017-0038 ذ

[34] أندرو ريتشاردز. “جامعة أكسفورد لأبحاث الحوسبة المتقدمة”. (2015).
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.22558

[35] سام ج. غريفيث ودان إي. براون. "الاتحاد - ابحث عن فك التشفير الكمي بدون الاتحاد - ابحث" (2023). أرخايف:2306.09767.
أرخايف: 2306.09767

[36] بن باربر، كينتون إم بارنز، توماس بيالاس، أوكان بوغدايسي، إيرل تي كامبل، نيل جيليسبي، كوسر جوهر، رام راجان، آدم دبليو ريتشاردسون، لوكا سكوريك، كانبيرك توبال، مارك إل تورنر، وعباس بي. زياد. "وحدة فك ترميز في الوقت الفعلي وقابلة للتطوير وسريعة وفعالة للغاية في استخدام الموارد للكمبيوتر الكمي" (2023). أرخايف:2309.05558.
أرخايف: 2309.05558

[37] ديفيد س. وانغ، أوستن ج. فاولر، ولويد سي إل هولينبيرج. “الحوسبة الكمومية ذات الكود السطحي مع معدلات خطأ تزيد عن 1٪”. المراجعة البدنية أ 83، 020302 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.83.020302

[38] إيمانويل نيل. “الحوسبة الكمومية بأجهزة صاخبة بشكل واقعي”. طبيعة 434، 39-44 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature03350

[39] أوسكار هيجوت وكريج جيدني. "Sparse Blossom: تصحيح مليون خطأ في الثانية الأساسية مع مطابقة الحد الأدنى للوزن" (2023). أرخايف:2303.15933.
أرخايف: 2303.15933

[40] أوستن جي فاولر، وآدم سي. وايتسايد، ولويد سي إل هولينبرج. "نحو معالجة كلاسيكية عملية للكود السطحي: تحليل التوقيت". المراجعة البدنية أ 86، 042313 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.042313

[41] يو وو ولين تشونغ. "Fusion Blossom: أجهزة فك تشفير MWPM السريعة لـ QEC" (2023). أرخايف:2305.08307.
أرخايف: 2305.08307

دليلنا يستخدم من قبل

[1] Sam J. Griffiths و Dan E. Browne، "فك تشفير الكم دون العثور على الاتحاد"، أرخايف: 2306.09767, (2023).

[2] Asmae Benhemou، Kaavya Sahay، Lingling Lao، and Benjamin J. Brown، "التقليل من فشل كود السطح باستخدام وحدة فك ترميز اللون" ، أرخايف: 2306.16476, (2023).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-11-14 13:28:32). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2023-11-14 13:28:31: لا يمكن جلب البيانات المستشهد بها من 10.22331 / q-2023-11-14-1183 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا.

بقعة_صورة

أحدث المعلومات الاستخباراتية

بقعة_صورة