1Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, CNRS/IN2P3, 38026 Grenoble, Frankrig
2Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, Frankrig
Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Vi udforsker muligheden for at tilføje komplekst absorberende potentiale ved grænserne, når vi løser den endimensionelle Schrödinger-evolution i realtid på et gitter ved hjælp af en kvantecomputer med en fuldt kvantealgoritme beskrevet på et $n$ qubit-register. På grund af det komplekse potentiale blander evolutionen real- og imaginær-tidsudbredelse, og bølgefunktionen kan potentielt absorberes kontinuerligt under tidsudbredelsen. Vi bruger dilatationskvantealgoritmen til at behandle den imaginære tidsudvikling parallelt med realtidsudbredelsen. Denne metode har den fordel, at den kun bruger én reservoir-qubit ad gangen, som måles med en vis successandsynlighed for at implementere den ønskede imaginære tidsudvikling. Vi foreslår en specifik recept for dilatationsmetoden, hvor successandsynligheden er direkte forbundet med den fysiske norm for den kontinuerligt absorberede tilstand, der udvikler sig på nettet. Vi forventer, at den foreslåede ordination vil have den fordel, at den bevarer en høj sandsynlighed for succes i de fleste fysiske situationer. Anvendelser af metoden er lavet på endimensionelle bølgefunktioner, der udvikler sig på et net. Resultater opnået på en kvantecomputer identificerer sig med dem opnået på en klassisk computer. Til sidst giver vi en detaljeret diskussion om kompleksiteten af at implementere dilatationsmatricen. På grund af potentialets lokale karakter kræver dilatationsmatricen for $n$ qubits kun $2^n$ CNOT og $2^n$ enhedsrotation for hvert tidstrin, hvorimod det ville kræve af størrelsesordenen $4^{n+ 1}$ C-NOT-porte til at implementere det ved hjælp af den bedst kendte algoritme for generelle enhedsmatricer.
Udvalgt billede: Skematisk illustration af et tidstrins-evolution, herunder implementeringen af det komplekse absorptionspotentiale ved hjælp af reservoir-qubit (skematisk eksempel med kun 3 qubits).
► BibTeX-data
► Referencer
[1] A. Smith, M. Kim, F. Pollmann og J. Knolle, Simulering af kvante-mangelegemedynamik på en aktuel digital kvantecomputer, npj Quantum Inf 5, 1 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0217-0
[2] B. Fauseweh og J.-X. Zhu, Digital kvantesimulering af ikke-ligevægts kvante mange-legeme systemer, Quantum Inf. Behandle. 20, 138 (2021).
https:///doi.org/10.1007/s11128-021-03079-z
[3] A. Macridin et al. Digital kvanteberegning af fermion-boson-interagerende systemer, Phys. Rev. A 98, 042312 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.042312
[4] SP Jordan, KS Lee og J. Preskill, Kvantealgoritmer til kvantefeltteorier, Science 336, 1130 (2012).
https://doi.org/10.1126/science.1217069
[5] Z. Meng og Y. Yang Kvanteberegning af væskedynamik ved hjælp af den hydrodynamiske Schrödinger-ligning, Physical Review Research 5, 033182 (2023).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.5.033182
[6] K. Bharti et al., Noisy intermediate-scale quantum (NISQ) algoritmer, Rev. Mod. Phys. 94, 015004 (2022).
https:///doi.org/10.1103/RevModPhys.94.015004
[7] M. Motta, C. Sun, ATK Tan, MJ O'Rourke, E. Ye, AJ Minnich, FGSL Brandao og GK-L. Chan, Bestemmelse af egentilstande og termiske tilstande på en kvantecomputer ved hjælp af kvanteimaginær tidsevolution, Nature Physics 16, 205 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41567-019-0704-4
[8] S. McArdle, T. Jones, S. Endo, Y. Li, SC Benjamin og X. Yuan, Variationsansatz-baseret kvantesimulering af imaginær tidsevolution, npj Quantum Information 5 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0187-2
[9] N. Gomes, F. Zhang, NF Berthusen, C.-Z. Wang, K.-M. Ho, PP Orth og Y. Yao, Effektiv trin-fusioneret kvanteimaginær tidsevolutionsalgoritme for kvantekemi, Journal of Chemical Theory and Computation 16, 6256 (2020).
https:///doi.org/10.1021/acs.jctc.0c00666
[10] Fabian Langkabel og Annika Bande, Quantum-Compute Algorithm for Exact Laser-Driven Electron Dynamics in Molecules, J. Chem. Teori Comput. 18, 12, 7082 (2022).
https:///doi.org/10.1021/acs.jctc.2c00878
[11] Marcello Benedetti, Mattia Fiorentini og Michael Lubasch, Hardware-effektive variationskvantealgoritmer til tidsevolution, Phys. Rev. Research 3, 033083 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.033083
[12] Xiao Yuan, Suguru Endo, Qi Zhao, Ying Li, Simon Benjamin, Theory of variational quantum simulation, Quantum 3, 191 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-10-07-191
[13] S. Endo, J. Sun, Y. Li, SC Benjamin og X. Yuan, Variationel kvantesimulering af generelle processer, Phys. Rev. Lett. 125, 010501 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.010501
[14] R. Sweke, I. Sinayskiy, D. Bernard og F. Petruccione, Universel simulering af markoviske åbne kvantesystemer, Phys. Rev. A 91, 062308 (2015).
https:///doi.org/10.1103/physreva.91.062308
[15] R. Sweke, M. Sanz, I. Sinayskiy, F. Petruccione og E. Solano, Digital kvantesimulering af mange-krops-ikke-markovisk dynamik, Phys. Rev. A 94, 022317 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.022317
[16] C. Sparrow, E. Martín-López, N. Maraviglia, A. Neville, C. Harrold, J. Carolan, YN Joglekar, T. Hashimoto, N. Matsuda, JL OBrien, DP Tew og A. Laing, Simulering af vibrationel kvantedynamik af molekyler ved hjælp af fotonik, Nature 557, 660 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41586-018-0152-9
[17] Z. Hu, R. Xia og S. Kais, En kvantealgoritme til udvikling af åben kvantedynamik på kvanteberegningsenheder, Scientific Reports 10 (2020).
https:///doi.org/10.1038/s41598-020-60321-x
[18] K. Head-Marsden, S. Krastanov, DA Mazziotti og P. Narang, Capturing non-markovian dynamics on near-term quantum computers, Phys. Rev. Research 3, 013182 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013182
[19] Z. Hu, K. Head-Marsden, DA Mazziotti, P. Narang og S. Kais, En generel kvantealgoritme for åben kvantedynamik demonstreret med Fenna-Matthews-Olson-komplekset, Quantum 6, 726 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-05-30-726
[20] F. Turro, A. Roggero, V. Amitrano, P. Luchi, KA Wendt, JL Dubois, S. Quaglioni og F. Pederiva, Imaginary-time propagation on a quantum chip, Phys. Rev. A 105, 022440 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.105.022440
[21] S.-H. Lin, R. Dilip, AG Green, A. Smith og F. Pollmann, Real- and imaginary-time evolution with compressed quantum circuits, PRX Quantum 2, 010342 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010342
[22] T. Liu, J.-G. Liu og H. Fan, Probabilistic nonunitary gate in imaginary time evolution, Quantum Inf. Behandle. 20, 204 (2021).
https://doi.org/10.1007/s11128-021-03145-6
[23] Taichi Kosugi, Yusuke Nishiya, Hirofumi Nishi og Yu-ichiro Matsushita, Imaginær tidsevolution ved brug af fremadgående og bagudgående realtidsevolution med en enkelt ancilla: Første kvantiseret egenopløseralgoritme for kvantekemi, Fysisk. Rev. Research 4, 033121 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.033121
[24] AW Schlimgen, Kade Head-Marsden, LeeAnn M. Sager-Smith, Prineha Narang og David A. Mazziotti Quantum State Preparation and Non-Unitary Evolution with Diagonal Operators, Phys. Rev. A 106, 022414 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.106.022414
[25] S. Wei, H. Li og G. Long En fuld kvante-egenopløser til kvantekemi-simuleringer. Forskning, 2020, (2020).
https://doi.org/10.34133/2020/1486935
[26] AM Childs og N. Wiebe, Hamiltonsk simulering ved hjælp af lineære kombinationer af enhedsoperationer, Quant. Inf. og Comp. 12, 901 (2012).
https:///doi.org/10.26421/QIC12.11-12
[27] Bruce M. Boghosian, Washington Taylor, Simulering af kvantemekanik på en kvantecomputer, , 30 (1998).
[28] G. Benenti og G. Strini, Kvantesimulering af enkelt-partikel Schrödinger-ligningen, Am. J. Phys. 76, 657-663 (2008).
https:///doi.org/10.1119/1.2894532
[29] AM Childs, J. Leng, T. Li, JP Liu, C. Zhang, Quantum simulation of real-space dynamics, Quantum 6, 860 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-11-17-860
[30] D. Neuhauser, M. Baer, Den tidsafhængige Schrödinger-ligning: Anvendelse af absorberende grænsebetingelser, J. Chem. Phys. 90 4351 (1988).
https:///doi.org/10.1063/1.456646
[31] A. Vibok, B. Balint-Kurti, Parametrisering af komplekse absorberende potentialer for tidsafhængig kvantedynamik, J. Phys. Chem. 96, 8712 (1992).
https://doi.org/10.1021/j100201a012
[32] T. Seideman, WH Miller. Kvantemekaniske reaktionssandsynligheder via en diskret variabel repræsentationsabsorberende randbetingelse Greens funktion, J. Chem. Phys. 97, 2499 (1992).
https:///doi.org/10.1063/1.463088
[33] UV Riss, HD. Meyer, Beregning af resonansenergier og -bredder ved hjælp af den komplekse absorberende potentialmetode, J. Phys. B 26, 4503 (1993).
https://doi.org/10.1088/0953-4075/26/23/021
[34] M. Mangin-Brinet, J. Carbonell og C. Gignoux, Nøjagtige grænsebetingelser ved endelig afstand for den tidsafhængige Schrödinger-ligning, Phys. Rev. A 57, 3245 (1998).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.57.3245
[35] X. Antoine, C. Besse, Ubetinget stabile diskretiseringsskemaer af ikke-reflekterende grænsebetingelser for den endimensionelle Schrödinger-ligning, J. Comput. Phys 188, 157 (2003).
https://doi.org/10.1016/S0021-9991(03)00159-1
[36] X. Antoine, A. Arnold, C. Besse, M. Ehrhardt, A. Schädle. En gennemgang af transparente og kunstige randbetingelsersteknikker for lineære og ikke-lineære Schrödinger-ligninger, Commun. computer. Phys 4 729 (2008).
https:///api.semanticscholar.org/CorpusID:28831216
[37] Hans Hon Sang Chan og Richard Meister og Tyson Jones og David P. Tew og Simon C. Benjamin, Grid-baserede metoder til kemisimuleringer på en kvantecomputer, Science Advances 9, eabo7484 (2023).
https:///doi.org/10.1126/sciadv.abo7484
[38] HF Trotter, Om produktet af semi-grupper af operatører, Proc. Er. Matematik. Soc. 10, 545 (1959).
https://doi.org/10.1090/S0002-9939-1959-0108732-6
[39] M. Suzuki, Dekomponeringsformler for eksponentielle operatorer og løgneeksponentialer med nogle applikationer til kvantemekanik og statistisk fysik, J. Math. Phys. (NY) 26, 601 (1985).
https:///doi.org/10.1063/1.526596
[40] Michael A. Nielsen og Isaac L. Chuang. Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press, Cambridge; New York, 10-års jubilæumsudgave, 2010.
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511976667
[41] T. Ayral, P. Beserve, D. Lacroix og A. Ruiz Guzman, Kvantedatabehandling med og for mange-kroppens fysik, Eur. Phys. J. A 59 (2023).
https://doi.org/10.1140/epja/s10050-023-01141-1
[42] Qiskit Development Team, Qiskit: An Open source Framework for Quantum Computing, (2021). Qiskit: An Open-source Framework for Quantum Computing, (2021).
https:///doi.org/10.5281/zenodo.2573505
[43] R. Kosloff og D. Kosloff, Absorbing Boundaries for Wave Propagation Problemer, J. of Comp. Phys. 63, 363-376 (1986).
https://doi.org/10.1016/0021-9991(86)90199-3
[44] MD Feit, J. Fleck, Jr., A. Steiger, Løsning af Schrödinger-ligningen ved en spektral metode, J. Comput.Phys. 47, 412 (1982).
https://doi.org/10.1016/0021-9991(82)90091-2
[45] N. Balakrishnan, C. Kalyanaraman, N. Sathyamurthy, Tidsafhængig kvantemekanisk tilgang til reaktiv spredning og relaterede processer, Phys. Rep. 280, 79 (1997).
https://doi.org/10.1016/S0370-1573(96)00025-7
[46] AM Krol, K. Mesman, A. Sarkar, M. Møller, Z. Al-Ars, Effektiv nedbrydning af enhedsmatricer i kvantekredsløbskompilatorer, Appl. Sci. 12, 759 (2022).
https:///doi.org/10.3390/app12020759
[47] Anthony W. Schlimgen, Kade Head-Marsden, LeeAnn M. Sager-Smith, Prineha Narang og David A. Mazziotti, Kvantetilstandsforberedelse og ikke-enhedsudvikling med diagonale operatorer, Phys. Rev. A 106, 022414 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.106.022414
[48] V. Shende, S. Bullock og I. Markov, Syntese af kvante-logiske kredsløb, IEEE Trans. Comput. Aided Des. Integr. Kredsløb Syst. 25, 1000 (2006).
https:///doi.org/10.1109/TCAD.2005.855930
[49] RR Tucci A Rudimentary Quantum Compiler, 2nd Edition, quant-ph/9902062.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/9902062
arXiv:quant-ph/9902062
[50] M. Mottonen et al., Kvantekredsløb for generelle multi-qubit-porte, Phys. Rev. Lett. 93, 130502, 2004.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.93.130502
[51] M. Mottonen og J. Vartiainen, Nedbrydninger af generelle kvanteporte, kap. 7 i Trends in Quantum Computing Research (NOVA Publishers, New York), 2006. arXiv:quant-ph/0504100.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0504100
arXiv:quant-ph/0504100
[52] N. Michel og M. Ploszajczak, Gamow Shell Model: The Unified Theory of Nuclear Structure and Reactions, Lecture Notes in Physics, 983 (2021).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-69356-5
Citeret af
Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2024-04-08-1311/
- :har
- :er
- :hvor
- ][s
- 1
- 10
- 10.
- 11
- 12
- 125
- 13
- 14
- 15 %
- 16
- 17
- 19
- 1985
- 1998
- 20
- 2005
- 2006
- 2008
- 2012
- 2015
- 2016
- 2018
- 2019
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 204
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26 %
- 27
- 28
- 29
- 2.
- 30
- 31
- 32
- 33
- 35 %
- 36
- 39
- 40
- 41
- 43
- 49
- 50
- 51
- 7
- 8
- 9
- 91
- 97
- 98
- a
- er
- absorberet
- ABSTRACT
- adgang
- tilføje
- fremskridt
- Fordel
- tilknytninger
- AL
- algoritme
- algoritmer
- am
- an
- ,
- Anniversary
- Anthony
- Anvendelse
- applikationer
- tilgang
- april
- ER
- kunstig
- AS
- At
- forfatter
- forfattere
- Baer
- BE
- Benjamin
- krop
- grænser
- grænse
- Pause
- Bruce
- by
- beregning
- Cambridge
- CAN
- Optagelse
- vis
- chan
- kemikalie
- kemi
- chip
- kombinationer
- KOMMENTAR
- Commons
- COMP
- komplekse
- kompleksitet
- beregning
- computer
- computere
- computing
- computerforskning
- betingelse
- betingelser
- kontinuerligt
- ophavsret
- Nuværende
- David
- de
- demonstreret
- beskrevet
- ønskes
- detaljeret
- bestemmelse
- Udvikling
- udviklingsteam
- Enheder
- digital
- direkte
- diskutere
- diskussion
- afstand
- grund
- i løbet af
- dynamik
- e
- E&T
- hver
- ed
- Edgar
- udgave
- effektiv
- ligninger
- EUR
- evolution
- udviklende
- eksakt
- eksempel
- forvente
- udforske
- eksponentiel
- ventilator
- felt
- Endelig
- væske
- Væskedynamik
- Til
- Videresend
- Framework
- fuld
- fuldt ud
- funktion
- funktioner
- gate
- Gates
- Generelt
- Giv
- Grøn
- Grid
- Guzman
- Hans
- Have
- Høj
- holdere
- HTTPS
- i
- identificere
- IEEE
- billede
- imaginær
- gennemføre
- implementering
- gennemføre
- in
- Herunder
- oplysninger
- institutioner
- interaktion
- interessant
- internationalt
- IT
- JavaScript
- Jones
- Jordan
- tidsskrift
- holde
- Kim
- Forlade
- læsning
- Lee
- Li
- Licens
- ligge
- lin
- lineær
- forbundet
- lokale
- Lang
- lavet
- matematik
- Matrix
- max-bredde
- mekanisk
- mekanik
- mesh
- metode
- metoder
- Meyer
- Michael
- Miller
- blander
- model
- Måned
- mest
- Natur
- Ny
- New York
- ikke-lineær
- Noter
- nukleare
- opnået
- of
- on
- ONE
- kun
- åbent
- open source
- Produktion
- Operatører
- or
- ordrer
- original
- sider
- Papir
- Parallel
- fysisk
- Fysik
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- Muligheden
- potentiale
- potentielt
- potentialer
- forberedelse
- recept
- trykke
- sandsynligheder
- problemer
- PROC
- behandle
- Processer
- Produkt
- foreslå
- foreslog
- offentliggjort
- forlægger
- udgivere
- Qi
- qiskit
- Quant
- Quantum
- kvantealgoritmer
- Kvantecomputer
- kvantecomputere
- quantum computing
- kvanteinformation
- Kvantemekanik
- kvantesystemer
- qubit
- qubits
- R
- reaktion
- reaktioner
- realtid
- referencer
- register
- relaterede
- resterne
- Rapporter
- kræver
- Kræver
- forskning
- resonans
- Resultater
- gennemgå
- Richard
- ruiz
- s
- ordninger
- SCI
- Videnskab
- videnskabelig
- Shell
- Simon
- simulation
- simuleringer
- enkelt
- situationer
- smith
- løsninger
- Løsning
- nogle
- spurv
- specifikke
- Spektral
- stabil
- Tilstand
- Stater
- statistiske
- Trin
- struktur
- succes
- sådan
- Sol
- syntese
- Systemer
- hold
- teknikker
- at
- deres
- teori
- termisk
- denne
- dem
- tid
- Titel
- til
- gennemsigtig
- behandle
- Tendenser
- under
- forenet
- Universal
- universitet
- URL
- brug
- ved brug af
- variabel
- via
- bind
- W
- wang
- ønsker
- washington
- Wave
- we
- hvornår
- ud fra følgende betragtninger
- vilje
- med
- ville
- X
- xiao
- Ye
- år
- YING
- york
- Yuan
- zephyrnet
- Zhao
