Operator backpropagation

Pakej ini melaksanakan operator backpropagation (OBP) untuk mengurangkan kedalaman litar dalam pengiraan nilai jangkaan. Teknik ini merambatkan observable ke belakang melalui gate di hujung litar kuantum, yang menghasilkan litar yang lebih cetek dengan kos peningkatan asas pengukuran observable. Apabila operator dibackpropagate lebih jauh melalui litar, saiz observable bertambah secara eksponen, menyebabkan overhed sumber klasik dan kuantum. Walau bagaimanapun, bagi sesetengah litar, taburan observable Pauli yang terhasil lebih tertumpu daripada penskalaan eksponen kes terburuk, bermakna sesetengah sebutan dalam Hamiltonian dengan pekali kecil boleh dipangkas untuk mengurangkan overhed kuantum. Ralat yang ditanggung akibat tindakan ini boleh dikawal untuk mencari pertukaran yang sesuai antara ketepatan dan kecekapan.

Terdapat beberapa cara operator backpropagation boleh dilakukan; pakej ini menggunakan kaedah berdasarkan teori usikan Clifford, yang mempunyai kelebihan bahawa overhed yang ditanggung oleh backpropagation pelbagai gate ditentukan oleh sifat bukan-Clifford gate tersebut. Ini membawa kepada kecekapan yang lebih tinggi bagi sesetengah keluarga litar berbanding kaedah OBP berasaskan tensor-network, yang pada masa ini mempunyai overhed klasik yang tinggi walaupun dalam kes di mana overhed kuantum kekal terkawal.

Pakej ini sesuai untuk menganggar nilai jangkaan litar kuantum am dan observable Pauli; walau bagaimanapun, bagi litar magic tinggi (sangat bukan-Clifford), ralat observable yang ditanggung daripada pemangkasan berkemungkinan menjadi terlalu tinggi sebelum observable dirambat melalui bahagian litar yang bermakna. Bagi litar hampir-Clifford, mungkin boleh merambat melalui lebih banyak bahagian litar sambil mengekalkan had ralat yang agak kecil.

Bermula

Panduan ringkas untuk membantu anda bermula dengan pantas menggunakan pakej ini tersedia dalam panduan permulaan pantas.

Contoh kes penggunaan

Teknik ini telah digunakan untuk melaksanakan litar Trotter berkedalaman lebih rendah bagi evolusi masa model spin 2D [1].

Perbincangan teknikal

• Satu titik masuk: fungsi backpropagate melaksanakan OBP.

• Dua kawalan bebas ke atas pertukaran kedalaman ↔ ketepatan:

  • OperatorBudget menghadkan seberapa besar observable boleh membesar semasa backpropagation.

  • TruncationErrorBudget menghadkan berapa banyak ralat yang boleh ditanggung semasa backpropagation.

• Keberkesanan bergantung pada sejauh mana litar itu Clifford: bagi litar magic tinggi (iaitu sangat bukan-Clifford), sebutan yang ditambah kepada observable cenderung mempunyai pekali yang lebih besar, jadi ralat pemangkasan yang ditanggung lebih awal lebih banyak, mengehadkan penjimatan kedalaman di bawah bajet ralat tetap. Litar hampir-Clifford boleh dipangkas dengan lebih agresif dan dibackpropagate lebih dalam di bawah bajet yang sama.

• Boleh diselidik sepenuhnya: setiap larian memulangkan objek OBPMetadata yang merekodkan bilangan Pauli bagi setiap slice, bilangan kumpulan QWC dan ralat pemangkasan terkumpul, dengan pembantu plot_* untuk menggambarkan pertumbuhan operator dan ralat berbanding kedalaman litar — berguna untuk melaras bajet sebelum menggunakan masa QPU.

Menyumbang

Panduan pembangun terletak di CONTRIBUTING.md dalam akar repositori projek ini. Dengan menyertai, anda dijangka menjunjung kod tatalaku Qiskit.

Kami menggunakan GitHub issues untuk menjejak permintaan dan pepijat.

Memetik pakej ini

Jika anda menggunakan pakej ini dalam penyelidikan anda, gunakan fail CITATION.bib dalam repositori projek ini untuk memetik rujukan yang sesuai.

Lesen

Apache License 2.0

Dasar penamatan sokongan

Pakej ini mengikut semantic versioning. Kami mungkin sesekali membuat perubahan yang memecahkan keserasian untuk meningkatkan pengalaman pengguna. Apabila boleh, kami akan mengekalkan antara muka lama dan menandakannya sebagai ditamatkan sokongan, selagi ia boleh wujud bersama yang baharu. Setiap penambahbaikan ketara, perubahan yang memecahkan keserasian atau penamatan sokongan akan didokumenkan dalam nota keluaran.

Rujukan

1. 2. Fuller et al., “Improved quantum computation using operator backpropagation,” npj Quantum Inf. 12, 51 (2026). [arXiv]