1Department of Computer Science, The University of Texas at Austin, Austin, TX 78712, USA.
2Zapata Computing Inc., Βοστώνη, MA 02110, Η.Π.Α.
Βρείτε αυτό το άρθρο ενδιαφέρουσα ή θέλετε να συζητήσετε; Scite ή αφήστε ένα σχόλιο για το SciRate.
Περίληψη
Σημαντική προσπάθεια στον εφαρμοσμένο κβαντικό υπολογισμό έχει αφιερωθεί στο πρόβλημα της εκτίμησης της βασικής κατάστασης ενέργειας για μόρια και υλικά. Ωστόσο, για πολλές εφαρμογές πρακτικής αξίας, πρέπει να εκτιμηθούν πρόσθετες ιδιότητες της βασικής κατάστασης. Αυτές περιλαμβάνουν τις συναρτήσεις του Green που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της μεταφοράς ηλεκτρονίων σε υλικά και τους πίνακες μειωμένης πυκνότητας ενός σωματιδίου που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των ηλεκτρικών διπόλων των μορίων. Σε αυτό το άρθρο, προτείνουμε έναν κβαντικό-κλασικό υβριδικό αλγόριθμο για την αποτελεσματική εκτίμηση τέτοιων ιδιοτήτων θεμελιώδους κατάστασης με υψηλή ακρίβεια χρησιμοποιώντας κβαντικά κυκλώματα χαμηλού βάθους. Παρέχουμε μια ανάλυση των διαφόρων δαπανών (επαναλήψεις κυκλώματος, μέγιστος χρόνος εξέλιξης και αναμενόμενος συνολικός χρόνος εκτέλεσης) ως συνάρτηση της ακρίβειας στόχου, του φασματικού χάσματος και της αρχικής επικάλυψης βασικής κατάστασης. Αυτός ο αλγόριθμος προτείνει μια συγκεκριμένη προσέγγιση για τη χρήση πρώιμων ανεκτικών σε σφάλματα κβαντικών υπολογιστών για τη διεξαγωγή μοριακών υπολογισμών και υλικών σχετικών με τη βιομηχανία.
Δημοφιλή περίληψη
► Δεδομένα BibTeX
► Αναφορές
[1] Yudong Cao, Jhonathan Romero και Alán Aspuru-Guzik. «Δυνατότητα κβαντικού υπολογισμού για ανακάλυψη φαρμάκων». IBM Journal of Research and Development 62, 6–1 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1147 / JRD.2018.2888987
[2] Yudong Cao, Jonathan Romero, Jonathan P Olson, Matthias Degroote, Peter D Johnson, Mária Kieferová, Ian D Kivlichan, Tim Menke, Borja Peropadre, Nicolas PD Sawaya, et al. «Η κβαντική χημεία στην εποχή των κβαντικών υπολογιστών». Chemical reviews 119, 10856–10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love και Martin Head-Gordon. «Προομοιωμένος κβαντικός υπολογισμός μοριακών ενεργειών». Science 309, 1704–1707 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479
[4] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik και Jeremy L O'brien. «Ένας επιλύτης μεταβλητής ιδιοτιμής σε φωτονικό κβαντικό επεξεργαστή». Nature communications 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] Yigal Meir και Ned S Wingreen. «Τύπος Landauer για το ρεύμα μέσω μιας περιοχής αλληλεπιδρώντων ηλεκτρονίων». Physical review letters 68, 2512 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.2512
[6] Φρανκ Τζένσεν. «Εισαγωγή στην Υπολογιστική Χημεία». John Wiley & Sons. (2017).
[7] Thomas E O'Brien, Bruno Senjean, Ramiro Sagastizabal, Xavier Bonet-Monroig, Alicja Dutkiewicz, Francesco Buda, Leonardo DiCarlo και Lucas Visscher. «Υπολογισμός ενεργειακών παραγώγων για την κβαντική χημεία σε έναν κβαντικό υπολογιστή». npj Quantum Information 5, 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] Άντρης Αμπαΐνης. «Σε σωματικά προβλήματα που είναι ελαφρώς πιο δύσκολα από το qma». Το 2014 IEEE 29th Conference on Computational Complexity (CCC). Σελίδες 32–43. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2014.12
[9] Sevag Gharibian και Justin Yirka. «Η πολυπλοκότητα της προσομοίωσης τοπικών μετρήσεων σε κβαντικά συστήματα». Quantum 3, 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] Sevag Gharibian, Stephen Piddock και Justin Yirka. «Τάξεις πολυπλοκότητας Oracle και τοπικές μετρήσεις στα φυσικά Hamiltonians». Στους Christophe Paul και Markus Bläser, συντάκτες, 37ο Διεθνές Συμπόσιο για τις Θεωρητικές πτυχές της Επιστήμης των Υπολογιστών (STACS 2020). Τόμος 154 του Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), σελίδες 20:1–20:37. Dagstuhl, Γερμανία (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2020.20
[11] David Poulin και Pawel Wocjan. «Προετοιμασία βασικών καταστάσεων κβαντικών συστημάτων πολλών σωμάτων σε κβαντικό υπολογιστή». Επιστολές φυσικής αναθεώρησης 102, 130503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura και J Ignacio Cirac. «Ταχύτερη προετοιμασία βασικής κατάστασης και εκτίμηση υψηλής ακρίβειας ενέργειας εδάφους με λιγότερα qubits». Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] Lin Lin και Yu Tong. «Σχεδόν βέλτιστη προετοιμασία βασικής κατάστασης». Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] Sam McArdle, Alexander Mayorov, Xiao Shan, Simon Benjamin και Xiao Yuan. «Ψηφιακή κβαντική προσομοίωση μοριακών δονήσεων». Chemical Science 10, 5725–5735 (2019).
https://doi.org/10.1039/C9SC01313J
[15] Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan και Jhonathan Romero. «Εντοπισμός προκλήσεων προς το πρακτικό κβαντικό πλεονέκτημα μέσω της εκτίμησης πόρων: το εμπόδιο της μέτρησης στη μεταβλητή κβαντική ιδιολύση» (2020). arXiv:2012.04001.
arXiv: 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson και Yudong Cao. «Ελαχιστοποίηση του χρόνου εκτέλεσης εκτίμησης σε θορυβώδεις κβαντικούς υπολογιστές». PRX Quantum 2, 010346 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010346
[17] Ryan Babbush, Jarrod R McClean, Michael Newman, Craig Gidney, Sergio Boixo και Hartmut Neven. «Εστίαση πέρα από τις τετραγωνικές επιταχύνσεις για κβαντικό πλεονέκτημα διορθωμένο με σφάλματα». PRX Quantum 2, 010103 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] Kyle EC Booth, Bryan O'Gorman, Jeffrey Marshall, Stuart Hadfield και Eleanor Rieffel. «Κβαντικός επιταχυνόμενος προγραμματισμός περιορισμών». Quantum 5, 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] Κόμης Τ Κάμπελ. «Πρώιμες προσομοιώσεις ανοχής σε σφάλματα του μοντέλου Hubbard». Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ac3110
[20] Lin Lin και Yu Tong. «Εκτίμηση ενέργειας βασικής κατάστασης περιορισμένης από τον Heisenberg για πρώιμους κβαντικούς υπολογιστές με ανεκτικότητα σε σφάλματα». PRX Quantum 3, 010318 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] Ντέιβιντ Λάιντεν. "Σφάλμα trotter πρώτης τάξης από μια προοπτική δεύτερης τάξης". Phys. Αναθ. Lett. 128, 210501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.210501
[22] Rolando D Somma. «Κβαντική εκτίμηση ιδιοτιμών μέσω ανάλυσης χρονοσειρών». New Journal of Physics 21, 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] Laura Clinton, Johannes Bausch, Joel Klassen και Toby Cubitt. «Εκτίμηση φάσης των τοπικών χαμιλτονιανών στο υλικό nisq» (2021). arXiv:2110.13584.
arXiv: 2110.13584
[24] Πάτρικ Ραλ. «Ταχύτεροι συνεκτικοί κβαντικοί αλγόριθμοι για εκτίμηση φάσης, ενέργειας και πλάτους». Quantum 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] Dominic W Berry, Andrew M Childs, Richard Cleve, Robin Kothari και Rolando D Somma. «Προομοίωση δυναμικής χαμιλτονιανής με περικομμένη σειρά taylor». Επιστολές φυσικής αναθεώρησης 114, 090502 (2015). url: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502
[26] Guang Hao Low και Isaac L Chuang. «Βέλτιστη προσομοίωση χαμιλτονίου με επεξεργασία κβαντικού σήματος». Επιστολές φυσικής αναθεώρησης 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[27] Andrew M Childs, Dmitri Maslov, Yunseong Nam, Neil J Ross και Yuan Su. «Προς την πρώτη κβαντική προσομοίωση με κβαντική επιτάχυνση». Proceedings of the National Academy of Sciences 115, 9456–9461 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] Guang Hao Low και Isaac L Chuang. «Hamiltonian simulation by qubitization». Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz και Rolando D Somma. «Βέλτιστες κβαντικές μετρήσεις των τιμών προσδοκίας των παρατηρήσιμων στοιχείων». Physical Review A 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328
[30] James D. Watson, Johannes Bausch και Sevag Gharibian. «Η πολυπλοκότητα των μεταφραστικά αμετάβλητων προβλημάτων πέρα από τις ενέργειες βασικής κατάστασης» (2020). arXiv:2012.12717.
arXiv: 2012.12717
[31] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik και Jeremy L O'brien. «Ένας επιλύτης μεταβλητής ιδιοτιμής σε φωτονικό κβαντικό επεξεργαστή». Nature communications 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush και Alán Aspuru-Guzik. «Η θεωρία των μεταβλητών υβριδικών κβαντικών-κλασικών αλγορίθμων». New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] Attila Szabo και Neil S Ostlund. «Σύγχρονη κβαντική χημεία: εισαγωγή στην προηγμένη θεωρία ηλεκτρονικών δομών». Courier Corporation. (2012).
[34] Sevag Gharibian και François Le Gall. «Αποκβαντοποίηση του μετασχηματισμού της κβαντικής μοναδικής τιμής: Σκληρότητα και εφαρμογές στην κβαντική χημεία και η εικασία του κβαντικού pcp». In Proceedings of the 54th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Σελίδες 19–32. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén και Stacey Jeffery. «The Power of Block-Ecoded Matrix Powers: Improved Regression Techniques via Faster Hamiltonian Simulation». Στο Christel Baier, οι Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini και Stefano Leonardi, συντάκτες, 46th International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP 2019). Τόμος 132 του Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), σελίδες 33:1–33:14. Dagstuhl, Γερμανία (2019). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low και Nathan Wiebe. «Κβαντικός μετασχηματισμός μοναδικής τιμής και πέρα από αυτό: εκθετικές βελτιώσεις για την αριθμητική κβαντικών πινάκων». In Proceedings of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Σελίδες 193–204. (2019).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] Πάτρικ Ραλ. «Κβαντικοί αλγόριθμοι για την εκτίμηση φυσικών μεγεθών με χρήση κωδικοποιήσεων μπλοκ». Φυσική Ανασκόπηση A 102, 022408 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
[38] Yu Tong, Dong An, Nathan Wiebe και Lin Lin. «Γρήγορη αναστροφή, προρυθμισμένοι επιλύτες κβαντικών γραμμικών συστημάτων, γρήγορος υπολογισμός συνάρτησης πράσινου και γρήγορη αξιολόγηση συναρτήσεων μήτρας». Φυσική Ανασκόπηση A 104, 032422 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032422
[39] Julia E Rice, Tanvi P Gujarati, Mario Motta, Tyler Y Takeshita, Eunseok Lee, Joseph A Latone και Jeannette M Garcia. «Κβαντικός υπολογισμός κυρίαρχων προϊόντων σε μπαταρίες λιθίου-θείου». The Journal of Chemical Physics 154, 134115 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen και Jeppe Olsen. «Θεωρία μοριακής ηλεκτρονικής δομής». John Wiley & Sons. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] Jacob T Seeley, Martin J Richard και Peter J Love. «Ο μετασχηματισμός bravyi-kitaev για τον κβαντικό υπολογισμό της ηλεκτρονικής δομής». The Journal of chemical physics 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] Οι Aram W Harrow, Avinatan Hassidim και Seth Lloyd. «Κβαντικός αλγόριθμος για γραμμικά συστήματα εξισώσεων». Επιστολές φυσικής αναθεώρησης 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[43] Andrew M Childs, Robin Kothari και Rolando D Somma. «Κβαντικός αλγόριθμος για συστήματα γραμμικών εξισώσεων με εκθετικά βελτιωμένη εξάρτηση από την ακρίβεια». SIAM Journal on Computing 46, 1920–1950 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
[44] Carlos Bravo-Prieto, Ryan LaRose, M. Cerezo, Yigit Subasi, Lukasz Cincio και Patrick J. Coles. "Variational quantum linear solver" (2019). arXiv:1909.05820.
arXiv: 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti και Patrick Rebentrost. «Μικροπρόθεσμοι κβαντικοί αλγόριθμοι για γραμμικά συστήματα εξισώσεων με συναρτήσεις απώλειας παλινδρόμησης». New Journal of Physics 23, 113021 (2021).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma και Davide Orsucci. «Κβαντικοί αλγόριθμοι για συστήματα γραμμικών εξισώσεων εμπνευσμένων από αδιαβατικό κβαντικό υπολογισμό». Επιστολές φυσικής αναθεώρησης 122, 060504 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.060504
[47] Dong An και Lin Lin. «Επιλύτης κβαντικού γραμμικού συστήματος που βασίζεται σε βέλτιστο για τον χρόνο αδιαβατικό κβαντικό υπολογισμό και αλγόριθμο κβαντικής κατά προσέγγιση βελτιστοποίησης». ACM Transactions on Quantum Computing 3 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] Lin Lin και Yu Tong. «Βέλτιστο πολυωνυμικό φιλτράρισμα κβαντικής ιδιοκατάστασης με εφαρμογή στην επίλυση κβαντικών γραμμικών συστημάτων». Quantum 4, 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] Rolando D Somma και Sergio Boixo. «Ενίσχυση φασματικού κενού». SIAM Journal on Computing 42, 593–610 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] Yosi Atia και Dorit Aharonov. «Γρήγορη προώθηση χαμιλτονιανών και εκθετικά ακριβείς μετρήσεις». Επικοινωνίες με τη φύση 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] Brielin Brown, Steven T Flammia και Norbert Schuch. «Υπολογιστική δυσκολία υπολογισμού της πυκνότητας των καταστάσεων». Επιστολές φυσικής αναθεώρησης 107, 040501 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.040501
[52] Stephen P Jordan, David Gosset και Peter J Love. «Κβαντικό-Μέρλιν-Άρθουρ-πλήρη προβλήματα για στοκουστικούς χαμιλτονιανούς και μαρκοβικούς πίνακες». Physical Review A 81, 032331 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.032331
[53] Sevag Gharibian και Jamie Sikora. «Συνδεσιμότητα επίγειου κράτους των ντόπιων κατοίκων του Χαμιλτονίου». ACM Trans. Υπολογιστής. Θεωρία 10 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] James D. Watson και Johannes Bausch. «Η πολυπλοκότητα της προσέγγισης των κρίσιμων σημείων των μεταπτώσεων κβαντικής φάσης» (2021). arXiv:2105.13350.
arXiv: 2105.13350
Αναφέρεται από
[1] Pablo AM Casares, Roberto Campos και MA Martin-Delgado, «TFermion: Μια βιβλιοθήκη εκτίμησης κόστους εκτός της πύλης του Clifford αλγορίθμων εκτίμησης κβαντικής φάσης για την κβαντική χημεία», Κβαντικό 6, 768 (2022).
[2] Yu Tong, «Σχεδιασμός αλγορίθμων για την εκτίμηση των ιδιοτήτων θεμελιώδους κατάστασης σε πρώιμους ανεκτικούς σε σφάλματα κβαντικούς υπολογιστές», Quantum Προβολές 6, 65 (2022).
[3] Yulong Dong, Lin Lin και Yu Tong, "Προετοιμασία κατάστασης γείωσης και εκτίμηση ενέργειας σε πρώιμους ανεκτικούς σε σφάλματα κβαντικούς υπολογιστές μέσω κβαντικού μετασχηματισμού ιδιοτιμών ενιαίων πινάκων". arXiv: 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan και Jhonathan Romero, «Reducing the cost of Energy estimation in the variational κβαντικός αλγόριθμος ιδιολύτη με ισχυρή εκτίμηση πλάτους», arXiv: 2203.07275.
[5] Guoming Wang, Sukin Sim και Peter D. Johnson, «Κατάσταση Ενισχυτές Προετοιμασίας για Κβαντικό Υπολογισμό Πρώιμου Ανεκτικού Σφάλματος», arXiv: 2202.06978.
Οι παραπάνω αναφορές είναι από Η υπηρεσία παραπομπής του Crossref (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2022-07-28 15:34:04) και SAO / NASA ADS (τελευταία ενημέρωση επιτυχώς 2022-07-28 15:34:05). Η λίστα μπορεί να είναι ελλιπής, καθώς δεν παρέχουν όλοι οι εκδότες τα κατάλληλα και πλήρη στοιχεία αναφοράς.
Αυτό το Βιβλίο δημοσιεύεται στο Quantum στο πλαίσιο του Creative Commons Attribution 4.0 Διεθνής (CC BY 4.0) άδεια. Τα πνευματικά δικαιώματα παραμένουν στους κατόχους των πρωτότυπων δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας όπως οι δημιουργοί ή τα ιδρύματά τους
