Quantum computers promise to revolutionize some of the most computationally challenging tasks by executing calculations faster than classical computers. Integral transforms, such as convolution, Laplace transform, or path integration in quantum mechanics, are indispensable operations of scientific and technological progress. They are used from solving integro-differential equations to system modeling and signal processing. With the rapidly growing amount of collected information and the development of more complex systems, faster computations of integral transforms could dramatically expand analysis, design and execution capabilities. Here we show that the use of quantum processors can reduce the time complexity of integral transform evaluations from quadratic to quasi-linear. We present an experimental demonstration of the quantum-enhanced strategy for matched filtering. We implemented the qubit-based matched filtering algorithm on noisy superconducting qubits to carry out the first quantum-based gravitational-wave data analysis. We obtained a signal-to-noise ratio with this analysis for a binary black hole merger similar to that achievable with classical computation, providing evidence for the utility of qubits for practically relevant tasks. The presented algorithm is generally applicable to any integral transform with any number of integrands in any dimensions.


翻译:量子计算机承诺通过比古典计算机更快的计算,使一些最具有计算挑战性的任务发生革命性。综合变异,如卷进、拉普特变换或量子力学中的路径集成等,是科技进步不可或缺的操作。它们从解决内分式方程式到系统建模和信号处理使用。随着所收集的信息量的迅速增加以及更复杂的系统的发展,集成变异的计算方法可以极大地扩大分析、设计和执行能力。在这里,我们表明,量子处理器的使用可以降低从四面形到准线形综合变异评价的时间复杂性。我们试验性地展示了量子加固战略的匹配过滤技术。我们应用了超导音速振动方程式的匹配过滤算法来进行第一次量基重力波数据分析。我们获得了信号对音比比比比分析,用于一种类似于古典计算可实现的二面黑洞合并。我们提出的算法一般都适用于任何与任何巨型数字的任何整体变形。

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