Linear-depth quantum circuits for loading Fourier approximations of arbitrary functions
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The ability to efficiently load functions on quantum computers with high fidelity is essential for many quantum algorithms, including those for solving partial differential equations and Monte Carlo estimation. In this work, we introduce the Fourier series loader (FSL) method for preparing quantum states that exactly encode multi-dimensional Fourier series using linear-depth quantum circuits. Specifically, the FSL method prepares a (Dn)-qubit state encoding the 2 Dn -point uniform discretization of a D-dimensional function specified by a D-dimensional Fourier series. A free parameter, m, which must be less than n, determines the number of Fourier coefficients, 2 D ( m + 1 ) , used to represent the function. The FSL method uses a quantum circuit of depth at most 2 ( n − 2 ) + ⌈ log 2 ( n − m ) ⌉ + 2 D ( m + 1 ) + 2 − 2 D ( m + 1 ) , which is linear in the number of Fourier coefficients, and linear in the number of qubits (Dn) despite the fact that the loaded function’s discretization is over exponentially many (2 Dn ) points. The FSL circuit consists of at most D n + 2 D ( m + 1 ) + 1 − 1 single-qubit and D n ( n + 1 ) / 2 + 2 D ( m + 1 ) + 1 − 3 D ( m + 1 ) − 2 two-qubit gates; we present a classical compilation algorithm with runtime O ( 2 3 D ( m + 1 ) ) to determine the FSL circuit for a given Fourier series. The FSL method allows for the highly accurate loading of complex-valued functions that are well-approximated by a Fourier series with finitely many terms. We report results from noiseless quantum circuit simulations, illustrating the capability of the FSL method to load various continuous 1D functions, and a discontinuous 1D function, on 20 qubits with infidelities of less than 10−6 and 10−3, respectively. We also demonstrate the practicality of the FSL method for near-term quantum computers by presenting experiments performed on the Quantinuum H1-1 and H1-2 trapped-ion quantum computers: we loaded a complex-valued function on 3 qubits with a fidelity of over 95 % , as well as various 1D real-valued functions on up
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,016 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».