1قسم علوم الكمبيوتر ، جامعة تكساس في أوستن ، أوستن ، تكساس 78712 ، الولايات المتحدة الأمريكية.
2شركة Zapata Computing Inc. ، بوسطن ، ماساتشوستس 02110 ، الولايات المتحدة الأمريكية.
تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.
ملخص
تم تكريس جهد كبير في الحوسبة الكمية التطبيقية لمشكلة تقدير طاقة الحالة الأرضية للجزيئات والمواد. ومع ذلك ، بالنسبة للعديد من التطبيقات ذات القيمة العملية ، يجب تقدير الخصائص الإضافية للحالة الأرضية. وتشمل هذه وظائف Green المستخدمة لحساب نقل الإلكترون في المواد ومصفوفات الكثافة المخفضة لجسيم واحد المستخدمة لحساب ثنائيات الأقطاب الكهربائية للجزيئات. في هذا البحث ، نقترح خوارزمية هجينة كمومية كلاسيكية لتقدير خصائص الحالة الأرضية بدقة عالية باستخدام دوائر كمومية منخفضة العمق. نحن نقدم تحليلاً للتكاليف المختلفة (تكرار الدارة ، ووقت التطور الأقصى ، ووقت التشغيل الإجمالي المتوقع) كدالة لدقة الهدف ، والفجوة الطيفية ، وتداخل حالة الأرض الأولية. تقترح هذه الخوارزمية نهجًا ملموسًا لاستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية المتسامحة في وقت مبكر لإجراء العمليات الحسابية للمواد الجزيئية والمواد ذات الصلة بالصناعة.
ملخص شعبي
► بيانات BibTeX
ferences المراجع
[1] يودونغ كاو ، جوناثان روميرو ، وآلان أسبورو-جوزيك. "إمكانات الحوسبة الكمومية لاكتشاف الأدوية". مجلة آي بي إم للبحوث والتطوير 62 ، 6-1 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1147 / JRD.2018.2888987
[2] يودونغ كاو ، جوناثان روميرو ، جوناثان بي أولسون ، ماتياس ديغروت ، بيتر دي جونسون ، ماريا كيفيروفا ، إيان دي كيفليشان ، تيم مينكي ، بورجا بيروبادر ، نيكولاس ب. "كيمياء الكم في عصر الحوسبة الكمومية". المراجعات الكيميائية 119 ، 10856-10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] آلان أسبورو-جوزيك ، وأنتوني دوتوي ، وبيتر جي لوف ، ومارتن هيد-جوردون. "حساب الكم المحاكاة للطاقات الجزيئية". العلوم 309 ، 1704-1707 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479
[4] ألبرتو بيروزو ، وجارود ماكلين ، وبيتر شادبولت ، ومان هونغ يونغ ، وشياو تشي زو ، وبيتر جي لوف ، وآلان أسبورو-جوزيك ، وجيريمي إل أوبراين. "محلل القيمة الذاتية المتغير على معالج كمومي ضوئي". اتصالات الطبيعة 5 ، 1-7 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] يغئال مئير ونيد إس وينجرين. "صيغة لانداور للتيار عبر منطقة إلكترونية متفاعلة". خطابات المراجعة المادية 68 ، 2512 (1992).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.2512
[6] فرانك جنسن. "مقدمة في الكيمياء الحاسوبية". جون وايلي وأولاده. (2017).
[7] توماس إي أوبراين ، برونو سينجين ، راميرو ساجاستيزابال ، كزافييه بونيت مونروي ، أليجا دوتكيفيتش ، فرانشيسكو بودا ، ليوناردو ديكارلو ، ولوكاس فيشر. "حساب مشتقات الطاقة لكيمياء الكم على حاسوب كمومي". npj Quantum Information 5 ، 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] أندريس أمبينيس. "في المشاكل الجسدية التي هي أصعب بقليل من qma". في عام 2014 مؤتمر IEEE 29th حول التعقيد الحسابي (CCC). الصفحات 32-43. (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2014.12
[9] سيفاج غريبيان وجوستين يركا. "تعقيد محاكاة القياسات المحلية على الأنظمة الكمومية". الكم 3 ، 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] سيفاج غريبيان وستيفن بيدوك وجوستين يركا. "فئات تعقيد أوراكل والقياسات المحلية على سكان هاميلتونيين الفيزيائيين". في كريستوف بول وماركوس بلاسر ، محرران ، الندوة الدولية السابعة والثلاثون حول الجوانب النظرية لعلوم الكمبيوتر (STACS 37). المجلد 2020 من Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) ، الصفحات 154: 20-1: 20. داغستول ، ألمانيا (37). Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2020.20
[11] ديفيد بولين وباول ووجان. "إعداد الحالات الأرضية لأنظمة متعددة الأجسام الكمومية على جهاز كمبيوتر كمي". خطابات المراجعة المادية 102 ، 130503 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.130503
[12] يمين قه ، وجوردي تورا ، وجي إجناسيو سيراك. "إعداد أسرع لحالة الأرض وتقدير عالي الدقة للطاقة الأرضية مع عدد أقل من الكيوبتات". مجلة الفيزياء الرياضية 60 ، 022202 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] لين لين ويو تونغ. "إعداد شبه مثالي لحالة الأرض". الكم 4 ، 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] سام مكاردل ، وألكسندر مايوروف ، وشياو شان ، وسيمون بنجامين ، وشياو يوان. "محاكاة الكم الرقمية للاهتزازات الجزيئية". العلوم الكيميائية 10 ، 5725-5735 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1039 / C9SC01313J
[15] جيروم إف جونثير ، ماكسويل د. رادين ، كورنيليو بودا ، إريك ج. دوسكوسيل ، كلينا إم أبوان ، وجوناثان روميرو. "تحديد التحديات نحو الميزة الكمية العملية من خلال تقدير الموارد: حاجز القياس في eigensolver الكم المتغير" (2020). arXiv: 2012.04001.
أرخايف: 2012.04001
[16] Guoming Wang و Dax Enshan Koh و Peter D Johnson و Yudong Cao. "تقليل زمن تشغيل التقدير على أجهزة الكمبيوتر الكمومية المزعجة". PRX كوانتوم 2 ، 010346 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010346
[17] رايان بابوش ، وجارود آر ماكلين ، ومايكل نيومان ، وكريغ جيدني ، وسيرجيو بويكسو ، وهارتموت نيفين. "التركيز على ما هو أبعد من التسريع التربيعي لميزة كمومية مصححة للأخطاء". PRX كوانتوم 2 ، 010103 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] كايل إي سي بوث ، بريان أوغورمان ، جيفري مارشال ، ستيوارت هادفيلد ، وإليانور ريفيل. "برمجة القيد المعجل الكمي". الكم 5 ، 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] إيرل تي كامبل. "المحاكاة المبكرة المتسامحة مع الخطأ لنموذج هوبارد". علوم وتكنولوجيا الكم 7 ، 015007 (2021).
https: / / doi.org / 10.1088 / 2058-9565 / ac3110
[20] لين لين ويو تونغ. "تقدير طاقة الحالة الأرضية المحدود من Heisenberg لأجهزة الكمبيوتر الكمومية المتسامحة في وقت مبكر". PRX كوانتوم 3 ، 010318 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] ديفيد لايدن. "خطأ خبب من الدرجة الأولى من منظور الدرجة الثانية". فيز. القس ليت. 128 ، 210501 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.210501
[22] رولاندو دي سوما. "تقدير القيمة الذاتية الكمية عبر تحليل السلاسل الزمنية". المجلة الجديدة للفيزياء 21 ، 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] لورا كلينتون ويوهانس باوش وجويل كلاسين وتوبي كوبيت. "تقدير المرحلة للهاميلتونيين المحليين على أجهزة nisq" (2021). arXiv: 2110.13584.
أرخايف: 2110.13584
[24] باتريك رال. "خوارزميات كمومية متماسكة أسرع لتقدير الطور والطاقة والسعة". الكم 5 ، 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] دومينيك دبليو بيري وأندرو إم تشايلدز وريتشارد كليف وروبن كوثاري ورولاندو دي سوما. "محاكاة ديناميات هاميلتونية بسلسلة تايلور مبتورة". خطابات المراجعة المادية 114 ، 090502 (2015). url: doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502
[26] غوانغ هاو لو وإسحاق إل تشوانغ. "محاكاة هاميلتونية المثلى عن طريق معالجة الإشارات الكمومية". خطابات المراجعة المادية 118 ، 010501 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[27] أندرو إم تشايلدز وديمتري ماسلوف ويونسونج نام ونيل جيه روس ويوان سو. "نحو أول محاكاة كمومية مع تسريع كمي". وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم 115 ، 9456-9461 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] غوانغ هاو لو وإسحاق إل تشوانغ. "محاكاة هاميلتونية بواسطة qubitization". الكم 3 ، 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] إيمانويل نيل وجيراردو أورتيز ورولاندو دي سوما. "القياسات الكمية المثلى لقيم توقع الملاحظات". مراجعة البدنية أ 75 ، 012328 (2007).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328
[30] جيمس دي واتسون ويوهانس باوش وسيفاغ غريبان. "تعقيد المشاكل الثابتة متعدية خارج طاقات الحالة الأرضية" (2020). arXiv: 2012.12717.
أرخايف: 2012.12717
[31] ألبرتو بيروزو ، وجارود ماكلين ، وبيتر شادبولت ، ومان هونغ يونغ ، وشياو تشي زو ، وبيتر جي لوف ، وآلان أسبورو-جوزيك ، وجيريمي إل أوبراين. "محلل القيمة الذاتية المتغير على معالج كمومي ضوئي". اتصالات الطبيعة 5 ، 1-7 (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] جارود آر ماكلين ، وجوناثان روميرو ، ورايان بابوش ، وآلان أسبورو-جوزيك. "نظرية الخوارزميات الكمومية المتغيرة الهجينة الكلاسيكية". مجلة جديدة للفيزياء 18 ، 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] أتيلا زابو ونيل إس أوستلوند. "كيمياء الكم الحديثة: مقدمة في نظرية البنية الإلكترونية المتقدمة". شركة البريد السريع. (2012).
[34] سيفاج غريبيان وفرانسوا لو غال. "نزع صفة تحويل القيمة المفردة الكمومية: الصلابة والتطبيقات في كيمياء الكم وتخمين PCP الكمي". في وقائع الندوة السنوية الرابعة والخمسين لـ ACM SIGACT حول نظرية الحوسبة. الصفحات 54-19. (32).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] شانتاناف تشاكرابورتي ، وأندراس جيلين ، وستايسي جيفري. "قوة قوى المصفوفة المشفرة: تقنيات الانحدار المحسنة عبر محاكاة هاميلتونيان الأسرع". في كريستل باير ، إيوانيس شاتزيجياناكيس ، باولا فلوتشيني ، وستيفانو ليوناردي ، محررون ، الندوة الدولية السادسة والأربعون حول التشغيل الآلي واللغات والبرمجة (ICALP 46). المجلد 2019 من Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) ، الصفحات 132: 33 - 1: 33. داغستول ، ألمانيا (14). شلوس داغستول - لايبنيز - زينتروم فور إنفورماتيك.
الشبكي: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén و Yuan Su و Guang Hao Low و Nathan Wiebe. "التحول الكمي للقيمة الفردية وما بعدها: التحسينات الأسية لمصفوفة الحساب الكمومية". في وقائع الندوة السنوية 51 لـ ACM SIGACT حول نظرية الحوسبة. الصفحات 193-204. (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] باتريك رال. "خوارزميات الكم لتقدير الكميات الفيزيائية باستخدام ترميزات الكتلة". مراجعة البدنية أ 102 ، 022408 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
[38] يو تونغ ، دونغ آن ، ناثان ويب ، ولين لين. "الانعكاس السريع ، وحلول النظام الخطي الكمي المشروطة مسبقًا ، وحساب وظيفة الأخضر السريع ، والتقييم السريع لوظائف المصفوفة". مراجعة البدنية أ 104 ، 032422 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032422
[39] جوليا إي رايس ، تانفي بي غوجاراتي ، ماريو موتا ، تايلر واي تاكيشيتا ، أونسيوك لي ، جوزيف لاتون ، وجانيت إم جارسيا. "الحساب الكمي للمنتجات السائدة في بطاريات الليثيوم والكبريت". مجلة الفيزياء الكيميائية 154 ، 134115 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker و Poul Jorgensen و Jeppe Olsen. "نظرية التركيب الإلكتروني الجزيئي". جون وايلي وأولاده. (2014).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] جاكوب تي سيلي ومارتن جي ريتشارد وبيتر جي لوف. "تحويل bravyi-kitaev لحساب الكم للبنية الإلكترونية". مجلة الفيزياء الكيميائية 137 ، 224109 (2012).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] أرام وهارو وأفيناتان هسيديم وسيث لويد. "خوارزمية الكم لأنظمة المعادلات الخطية". خطابات المراجعة المادية 103 ، 150502 (2009).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[43] أندرو إم تشايلدز وروبن كوثاري ورولاندو دي سوما. "خوارزمية الكم لأنظمة المعادلات الخطية مع الاعتماد المتزايد على الدقة". مجلة SIAM على الحوسبة 46 ، 1920-1950 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
[44] كارلوس برافو برييتو ، رايان لاروز ، إم سيريزو ، يجيت سوباسي ، لوكاس سينسيو ، وباتريك جيه كولز. "الحل الخطي الكم المتغير" (2019). arXiv: 1909.05820.
أرخايف: 1909.05820
[45] هسين يوان هوانغ ، كيشور بهارتي ، وباتريك ريبنتروست. "خوارزميات الكم على المدى القريب لأنظمة المعادلات الخطية ذات وظائف فقدان الانحدار". المجلة الجديدة للفيزياء 23 ، 113021 (2021).
https: / / doi.org / 10.1088 / 1367-2630 / ac325f
[46] يجيت سوباشي ورولاندو دي سوما ودافيدي أورسوتشي. "خوارزميات الكم لأنظمة المعادلات الخطية المستوحاة من الحوسبة الكمومية الثابتة". خطابات المراجعة المادية 122 ، 060504 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.060504
[47] دونغ آن ولين لين. "حلال النظام الخطي الكمي على أساس الوقت الأمثل للحوسبة الكمومية الثابتة وخوارزمية التحسين الكمي التقريبي". معاملات ACM على الحوسبة الكمية 3 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] لين لين ويو تونغ. "ترشيح eigenstate الكمي على أساس متعدد الحدود الأمثل مع تطبيق لحل الأنظمة الخطية الكمومية". الكم 4 ، 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] رولاندو دي سوما وسيرجيو بويكسو. "تضخيم الفجوة الطيفية". مجلة SIAM على الحوسبة 42 ، 593-610 (2013).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] يوسي عطية ودوريت أهارونوف. "التقديم السريع للهاميلتونيين والقياسات الدقيقة الأسية". اتصالات الطبيعة 8 ، 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] بريلين براون وستيفن تي فلاميا ونوربرت شوش. "الصعوبة الحسابية لحساب كثافة الدول". خطابات المراجعة المادية 107 ، 040501 (2011).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.040501
[52] ستيفن جوردان وديفيد جوسيت وبيتر جيه لوف. "مسائل كوانتوم-ميرلين-آرثر- كاملة للهاميلتونيين الرصيف ومصفوفات ماركوف". مراجعة البدنية أ 81 ، 032331 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.032331
[53] سيفاج غريبان وجيمي سيكورا. "اتصال الحالة الأرضية لسكان هاميلتونيين المحليين". ACM Trans. حاسوب. نظرية 10 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] جيمس دي واتسون ويوهانس باوش. "تعقيد تقريب النقاط الحرجة لتحولات الطور الكمومي" (2021). arXiv: 2105.13350.
أرخايف: 2105.13350
دليلنا يستخدم من قبل
[1] بابلو آم كاساريس وروبرتو كامبوس وما أ.مارتن ديلجادو ، "TFermion: مكتبة تقييم تكلفة غير تابعة لبوابة كليفورد لخوارزميات تقدير الطور الكمومي لكيمياء الكم" ، الكم 6 ، 768 (2022).
[2] يو تونغ ، "تصميم الخوارزميات لتقدير خصائص الحالة الأرضية على أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتحمل الأخطاء في وقت مبكر" ، كوانتوم فيوز 6 ، 65 (2022).
[3] يولونغ دونغ ولين لين ويو تونغ ، "إعداد الحالة الأرضية وتقدير الطاقة على أجهزة الكمبيوتر الكمومية التي تتحمل الأخطاء المبكرة عبر تحويل القيمة الذاتية الكمومية للمصفوفات الوحدوية" ، أرخايف: 2204.05955.
[4] بيتر دي جونسون ، ألكسندر أ.كونيتسا ، جيروم إف جونثير ، ماكسويل د. رادين ، كورنيليو بودا ، إريك ج.دوسكوسيل ، كلينا إم أبوان ، وجوناثان روميرو ، "تقليل تكلفة تقدير الطاقة في خوارزمية eigensolver الكم المتغيرة بتقدير قوي للسعة" ، أرخايف: 2203.07275.
[5] Guoming Wang، Sukin Sim، and Peter D. Johnson، "State Preparation Boosters for Early Fault-Tolerant Quantum Composition"، أرخايف: 2202.06978.
الاستشهادات المذكورة أعلاه من خدمة Crossref's cited-by service (تم آخر تحديث بنجاح 2022-07-28 15:34:04) و إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2022-07-28 15:34:05). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.
نشرت هذه الورقة في الكم تحت نسبة المشاع الإبداعي 4.0 الدولية (CC BY 4.0) رخصة. يظل حقوق الطبع والنشر مع مالكي حقوق الطبع والنشر الأصليين مثل المؤلفين أو مؤسساتهم.
