Interfacing quantum and classical processors is an important subroutine in full-stack quantum algorithms. The so-called ``classical shadow'' method efficiently extracts essential classical information from quantum states, enabling the prediction of many properties of a quantum system from only a few measurements. However, for a small number of highly non-local observables, or when classical post-processing power is limited, the classical shadow method is not always the most efficient choice. Here, we address this issue quantitatively by performing a full-stack resource analysis that compares classical shadows with direct quantum measurement. Under certain assumptions, our analysis illustrates an efficiency frontier between classical shadows and direct quantum measurement in the information-extraction stage. For observables expressed as linear combinations of Pauli matrices, the classical shadow method outperforms direct measurement when the number of observables is large and the Pauli weight is small. For observables in the form of large Hermitian sparse matrices, the classical shadow method shows an advantage when the number of observables, the sparsity of the matrix, and the number of qubits fall within a certain range. The key parameters influencing this behavior include the number of qubits $n$, observables $M$, sparsity $k$, Pauli weight $w$, accuracy requirement $ε$, and failure tolerance $δ$. We also compare the resource consumption of the two methods on different types of quantum computers and identify break-even points where the classical shadow method becomes more efficient, which vary depending on the hardware. This paper opens a new avenue for quantitatively designing optimal strategies for hybrid quantum-classical tomography and provides practical insights for selecting the most suitable quantum measurement approach in real-world applications.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

COLING2024|不平衡场景下的多模态知识图谱补全
专知会员服务
23+阅读 · 2024年3月23日
Effective.Modern.C++ 中英文版,334页pdf
专知会员服务
70+阅读 · 2020年11月4日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
Effective.Modern.C++ 中英文版,334页pdf
专知
26+阅读 · 2020年11月4日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
强化学习精品书籍
平均机器
26+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
多轮对话之对话管理:Dialog Management
PaperWeekly
18+阅读 · 2018年1月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
VIP会员
最新内容
边缘计算的军事应用
专知会员服务
7+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
9+阅读 · 8月8日
《多域冲突比较支持模型》60页
专知会员服务
14+阅读 · 8月7日
相关资讯
Effective.Modern.C++ 中英文版,334页pdf
专知
26+阅读 · 2020年11月4日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
近期语音类前沿论文
深度学习每日摘要
14+阅读 · 2019年3月17日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
强化学习精品书籍
平均机器
26+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
多轮对话之对话管理:Dialog Management
PaperWeekly
18+阅读 · 2018年1月15日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员