Dressed boxy

Fyzikální mechanismy šumu, které se vyskytují při provádění kvantových obvodů, jsou kontextové. Při současném použití operací na disjunktních množinách qubitů se může šumový profil celé operace lišit od šumových profilů jejích součástí, pokud by byly použity izolovaně. Podobně u operací, které by ideálně komutovaly na stejných qubitech, nemusí šumový profil spojený s jednotlivými operacemi komutovat a může být zcela odlišný, pokud se změní pořadí operací. Protokoly pro potlačování, zmírňování a korekci šumu proto potřebují znát kontext, ve kterém šum vzniká.

Samplomatic používá instrukce box k úvahám o kolekcích operací obvodu, které by se měly považovat za operace se stabilním šumovým kontextem, a používá anotace na boxech, aby uživatelé mohli tento záměr deklarovat a konfigurovat. Každý box je rozsah, který vlastní množinu qubitů, operace působící na tyto qubity a seznam anotací. Anotace Samplomatic určují direktivy a dressings. Direktivy určují, co se s boxem má udělat, například twirlovat box. Dressings jsou skupiny parametrizovaných hradel, která se přidají na levou nebo pravou stranu boxu, například vrstva jednoqubitových hradel. Hradla v dressingu zahrnují hradla z boxu a operace potřebné k provedení direktiv, například následující:

• Hradla v boxu, která jsou kompatibilní s parametrizovanými hradly a nacházejí se na stejné straně.

• Twirlovací hradla vybraná z množiny pro randomizaci boxu.

• Hradla pro injekci šumu vybraná z Pauli Lindbladovy mapy.

• Uživatelem zadaná hradla měnící bázi.

Všimni si, že direktivy mohou měnit dressings jiných boxů.

Příklad

Předpokládejme, že chceme twirlovat následující obvod přidáním náhodných Pauliho hradel před paralelní provázající hradla a po nich, která nemění logický obsah obvodu, ale mění efektivní model šumu.

Obvod k Pauli twirlingu.

Toho se dosáhne rozvrstvením obvodu do boxů a přidáním twirlovacích anotací.

Obvod s direktivami Pauli twirlingu. Symbol @ slouží k určení direktiv, dressing je ve výchozím nastavení vlevo.

Každý dressed box obsahuje vrstvu jednoqubitových hradel a vrstvu dvouqubitových provázajících hradel na disjunktních dvojicích qubitů. Vrstva provázajících hradel je obklopena vrstvami náhodných Pauliho hradel tak, aby se logické působení boxu nezměnilo. Tyto náhodné Pauliho vrstvy jsou virtuální stejným způsobem jako virtuální hradlo Z. Nepřidávají do obvodu žádné operace, ale fungují jako direktiva, která mění způsob implementace sousedních jednoqubitových hradel.

Obvod s dressings a hradly z direktiv. Dressings jsou čárkované boxy. Pauliho vrstvy spojené šipkami se navzájem ruší. Poslední Pauliho vrstva bude aplikována jako bitové překlopení na výsledky měření.

Náhodná Pauliho vrstva mezi provázajícími hradly a jednoqubitovými hradly je složena do vrstvy jednoqubitových hradel a je implementována v jejím dressingu. Druhá náhodná Pauliho vrstva bude složena do dressingu dalšího dressed boxu.

Shrnutí: direktiva levého (nebo pravého) twirlu implementuje náhodné Pauliho hradlo v dressingu tohoto boxu a aplikuje Pauliho hradlo, které ho vrací zpět, v dressingu následujícího (nebo předchozího) boxu. Direktivy injekce šumu a změny báze jsou analogické.

Randomizace obvodu pomocí virtuálních hradel

Samplomatic používá rámec virtuálních hradel k úvahám o obvodech s dressed boxy. Koncepčně, i jak je to implementováno v instanci Samplex vytvořené procesem build(), se virtuální hradla generují na hranici boxu protilehlé k jeho dressingu. Tato virtuální hradla se obvodem přesouvají předepsaným způsobem a je třeba je složit do dressingu. Pokud lze všechna virtuální hradla složit do dressingu, lze randomizace obvodu sestavovat procedurálně.

Obvod s direktivami twirlu, změny báze a injekce šumu.

Hradla na straně dressingu, která jsou kompatibilní s parametrizací šablony dressingu, lze do něj složit, čímž se sníží počet fyzických hradel. Ta se nazývají snadná hradla. Zbytek boxu se nazývá těžký a implementuje se tak, jak je.

Příklady obvodů s visícími virtuálními hradly. Virtuální hradla na opačné straně dressingu nemají kde být implementována.

Příklady obvodů, kde jsou všechna virtuální hradla složena do dressings. Do měření se Pauliho hradla skládají zohledněním bitového překlopení, které způsobují.

Složitý příklad, kde jsou všechna virtuální hradla sebrána. Virtuální hradla generovaná jedním boxem lze složit do různých dressings.

To umožňuje konstrukce, kde dressed boxy nemusí mít stejnou šířku.