Jones Polynomial


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Existem muitos algoritmos quânticos razoavelmente padrão que podem ser entendidos dentro de uma estrutura muito semelhante, desde o problema de Simon no algoritmo de Deutsch, pesquisa de Grover, algoritmo de Shor e assim por diante.

Um algoritmo que parece ser completamente diferente é o algoritmo para avaliar o polinômio de Jones . Além disso, parece que este é um algoritmo crucial para entender no sentido de que é um problema completo do BQP : ele exibe toda a potência de um computador quântico. Além disso, para uma variante do problema, é o DQC-1 completo , ou seja, exibe a potência total de um qubit limpo .

O artigo do algoritmo Jones Polynomial apresenta o algoritmo de uma maneira muito diferente dos outros algoritmos quânticos. Existe uma maneira mais semelhante / familiar de entender o algoritmo (especificamente, o unitário na variante DQC-1, ou apenas todo o circuito na variante BQP-complete)?U

Respostas:


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Essa resposta é mais ou menos um resumo do artigo de Aharonov-Jones-Landau ao qual você vinculou, mas com tudo que não está diretamente relacionado à definição do algoritmo removido. Espero que isso seja útil.

O algoritmo de Aharonov-Jones-Landau aproxima o polinômio de Jones do fechamento de uma trança em uma k- ésima raiz de unidade, percebendo-o como (algum redimensionamento de) um elemento da matriz de uma determinada matriz unitária U σ , a imagem de σ sob uma certa representação unitária do grupo de tranças B 2 n . Dada a implementação de U σ como um circuito quântico, a aproximação de seus elementos da matriz é direta usando o teste de Hadamard . A parte não trivial está aproximando U σ como um circuito quântico.σkUσσB2nUσUσ

Se é uma trança em 2 n fios com m cruzamentos, podemos escrever σ = σ £ 1 a 1 σ £ 2 a 2σ £ m um m , onde a 1 , a 2 , ... , um m{ 1 , 2 , , 2 n - 1 } , ϵ 1 , ϵ 2 ,σ2nmσ=σa1ϵ1σa2ϵ2σamϵma1,a2,,am{1,2,,2n1} , e σ i é o gerador de B 2 n que corresponde ao cruzamento da i- ésima vertente sobre o ( i + 1 ) st. Basta descrever U σ i , pois U σ = U ϵ 1 σ a 1U ϵ m σ a m .ϵ1,ϵ2,,ϵm{±1}σiB2ni(i+1)UσiUσ=Uσa1ϵ1Uσamϵm

Para definir , primeiro damos um certo subconjunto da base padrão de C 2 2 n no qual U σ i atua de maneira não trivial. Para ψ = | b 1 b 2b 2 N , deixar i ' ( ψ ) = 1 + Σ i ' j = 1 ( - 1 ) 1 - b j . Vamos ligar ψUσiC22nUσiψ=|b1b2b2ni(ψ)=1+j=1i(1)1bjψ admissível se para todo i '{ 1 , 2 , ... , 2 n } . (Isso corresponde a ψ que descreve um caminho de comprimento 2 n no gráfico G k definido no artigo da AJL.) Seja λ r = { sin ( π r / k ) se  1 r 1i(ψ)k1i{1,2,,2n}ψ2nGkSejaA=ie-πi/2k(isso é digitado incorretamente no artigo da AJL; observe também que aqui e somente aqui,i=

λr={sin(πr/k)if 1rk1,0otherwise.
A=ieπi/2k não é o índicei). Escrevaψ=| ψibib i + 1, ondeψié o primeiroi-1bits deψ, e deixarzi= i - 1 (ψi). Então U σ i ( | ψ i 00 )i=1iψ=|ψibibi+1ψii1ψzi=i1(ψi) DefinimosL σ i (ψ)=ψpara elementos da base não admissíveisψ.
Uσi(|ψi00)=A1|ψi00Uσi(|ψi01)=(Aλzi1λzi+A1)|ψi01+Aλzi+1λzi1λzi|ψi10Uσi(|ψi10)=Aλzi+1λzi1λzi|ψi01+(Aλzi+1λzi+A1)|ψi10Uσi(|ψi11)=A1|ψi11
Uσi(ψ)=ψψ

UσinkUσii1zizikUσiUσi1zik1

Então, para recapitular:

  1. σB2nm
  2. σ=σa1ϵ1σa2ϵ2σamϵm
  3. i{1,2,,m}Uσaiϵi=1
  4. Uσ
  5. |101010
  6. σe2πi/k

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Você mencionou cinco artigos na questão, mas um artigo que não foi mencionado é a implementação experimental em 2009 . Aqui você encontrará o circuito real que foi usado para avaliar um polinômio Jones:

insira a descrição da imagem aqui

Isso pode ser o mais próximo possível de uma apresentação "mais familiar" do algoritmo, já que o interesse no polinômio Jones e no DQC-1 diminuiu um pouco desde 2009.

Mais detalhes sobre esse experimento podem ser encontrados na tese de Gina Passante .


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Un

Seja bem-vindo. Sim, essa foi uma PRL de 4 páginas com detalhes não explicados tão detalhadamente quanto eu gostaria - talvez haja um "Material Complementar" na página da revista que explique melhor o U. O polinômio Jones e o DQC-1 eram populares entre 2008 e 2009, mas eu parei de ouvir sobre isso desde então.
user1271772
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