Contextuality as a resource for measurement-based quantum computation beyond qubits

Event Date:
2018-08-31T14:00:00
2018-08-31T15:00:00
Event Location:
Hennings 309B
Speaker:
Markus Frembs, University College London
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Intended Audience:
Graduate
Local Contact:

Robert Raussendorf

Event Information:

Contextuality—the  obstruction  to  describing  quantum  mechanics  in  a  classical  statistical  way—has  been  proposed  as  a  resource  that  powers  quantum  computing.  The  measurement-based  model provides  a  concrete  manifestation  of  contextuality  as  a  computational  resource,  as  follows.  If  local measurements  on  a  multi-qubit  state  can  be  used  to  evaluate  non-linear  boolean  functions  with  only linear  control  processing,  then  this  computation  constitutes  a  proof  of  strong  contextuality—the  possible  local  measurement  outcomes  cannot  all  be  pre-assigned.  However,  this  connection  is  restricted to  the  special  case  when  the  local  measured  systems  are qubits,  which  have  unusual  properties  from the  perspective  of  contextuality.  A  single  qubit  cannot  allow  for  a  proof  of  contextuality,  unlike higher-dimensional  systems,  and  multiple  qubits  can  allow  for  state-independent  contextuality  with only  Pauli  observables,  again  unlike  higher-dimensional  generalisations.  Here  we  identify  precisely that strong  non-locality  is  necessary  in  a  qudit  measurement-based  computation  that  evaluates  high-degree  polynomial  functions  with  only  linear  control.

Add to Calendar 2018-08-31T14:00:00 2018-08-31T15:00:00 Contextuality as a resource for measurement-based quantum computation beyond qubits Event Information: Contextuality—the  obstruction  to  describing  quantum  mechanics  in  a  classical  statistical  way—has  been  proposed  as  a  resource  that  powers  quantum  computing.  The  measurement-based  model provides  a  concrete  manifestation  of  contextuality  as  a  computational  resource,  as  follows.  If  local measurements  on  a  multi-qubit  state  can  be  used  to  evaluate  non-linear  boolean  functions  with  only linear  control  processing,  then  this  computation  constitutes  a  proof  of  strong  contextuality—the  possible  local  measurement  outcomes  cannot  all  be  pre-assigned.  However,  this  connection  is  restricted to  the  special  case  when  the  local  measured  systems  are qubits,  which  have  unusual  properties  from the  perspective  of  contextuality.  A  single  qubit  cannot  allow  for  a  proof  of  contextuality,  unlike higher-dimensional  systems,  and  multiple  qubits  can  allow  for  state-independent  contextuality  with only  Pauli  observables,  again  unlike  higher-dimensional  generalisations.  Here  we  identify  precisely that strong  non-locality  is  necessary  in  a  qudit  measurement-based  computation  that  evaluates  high-degree  polynomial  functions  with  only  linear  control. Event Location: Hennings 309B