At large scales, quantum systems may become advantageous over their classical counterparts at performing certain tasks. Developing tools to analyse these systems at the relevant scales, in a manner consistent with quantum mechanics, is therefore critical to benchmarking performance and characterising their operation. While classical computational approaches cannot perform like-for-like computations of quantum systems beyond a certain scale, classical high-performance computing (HPC) may nevertheless be useful for precisely these characterisation and certification tasks. By developing open-source customised algorithms using high-performance computing, we perform quantum tomography on a megascale quantum photonic detector covering a Hilbert space of $10^6$. This requires finding $10^8$ elements of the matrix corresponding to the positive operator valued measure (POVM), the quantum description of the detector, and is achieved in minutes of computation time. Moreover, by exploiting the structure of the problem, we achieve highly efficient parallel scaling, paving the way for quantum objects up to a system size of $10^{12}$ elements to be reconstructed using this method. In general, this shows that a consistent quantum mechanical description of quantum phenomena is applicable at everyday scales. More concretely, this enables the reconstruction of large-scale quantum sources, processes and detectors used in computation and sampling tasks, which may be necessary to prove their nonclassical character or quantum computational advantage.


翻译:在大尺度上,量子系统在执行特定任务时可能展现出优于经典系统的优势。因此,开发与量子力学一致、在相关尺度上分析这些系统的工具,对于基准测试性能及表征其运行至关重要。尽管经典计算方法无法在超过一定尺度后对量子系统进行同类计算,但经典高性能计算(HPC)或许恰恰可用于这些表征与认证任务。通过利用高性能计算开发开源定制算法,我们实现了对覆盖$10^6$维希尔伯特空间的兆尺度量子光子探测器的量子层析成像。这需要找出对应探测器量子描述的正算子值测度(POVM)矩阵的$10^8$个元素,且计算时间仅为数分钟。此外,通过利用问题结构,我们实现了高效的并行扩展,为使用该方法重建系统规模达$10^{12}$个元素的量子对象铺平了道路。总体上,这表明量子现象的量子力学一致描述适用于日常尺度。更具体而言,该方法使得用于计算和采样任务的大规模量子源、量子过程及量子探测器的重建成为可能,而这可能是证明其非经典特性或量子计算优势所必需的。

0
下载
关闭预览

相关内容

【AAAI2022】面向多标签分类的端到端概率标签特征学习
专知会员服务
32+阅读 · 2022年1月27日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+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
1+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
2+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Augmentation for small object detection
Arxiv
13+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
14+阅读 · 今天7:47
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:37
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:14
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
13+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
14+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
6+阅读 · 6月10日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+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
1+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
2+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员