Molekulaarsete vaatluste tõrketaluv kvantarvutus

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

Mark Steudtner¹, Sam Morley-Short¹, William Pol¹, Sukin Sim¹, Cristian L. Cortes², Matthias Loipersberger², Robert M. Parrish², Matthias Degroote³, Nikolaj Moll³, Raffaele Santagati³ja Michael Streif³

¹PsiQuantum, 700 Hansen Way, Palo Alto, CA 94304, USA
²QC Ware Corp, Palo Alto, CA 94306, USA
³Quantum Lab, Boehringer Ingelheim, 55218 Ingelheim am Rhein, Saksamaa

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

Viimase kolme aastakümne jooksul on kvantarvutitega molekulaarsete Hamiltonlaste põhiseisundi energia hindamise kulusid oluliselt vähendatud. Siiski on suhteliselt vähe tähelepanu pööratud muude vaadeldavate näitajate ootusväärtuste hindamisele seoses nimetatud põhiseisunditega, mis on oluline paljude tööstuslike rakenduste jaoks. Selles töös esitame uudse ootusväärtuse hindamise (EVE) kvantalgoritmi, mida saab rakendada suvaliste vaadeldavate objektide ootusväärtuste hindamiseks süsteemi mis tahes omaseisundi suhtes. Eelkõige kaalume kahte EVE varianti: std-EVE, mis põhineb standardse kvantfaasi hinnangul, ja QSP-EVE, mis kasutab kvantsignaalitöötluse (QSP) tehnikaid. Pakume mõlema variandi jaoks ranget veaanalüüsi ja minimeerime QSPEVE üksikute faasitegurite arvu. Need veaanalüüsid võimaldavad meil toota konstantse teguriga kvantressursside hinnanguid nii std-EVE kui ka QSP-EVE jaoks mitmesugustes molekulaarsüsteemides ja vaadeldavates objektides. Vaadeldavate süsteemide puhul näitame, et QSP-EVE vähendab (Toffoli) väravate arvu kuni kolme suurusjärgu võrra ja vähendab kubiti laiust kuni 25% võrreldes std-EVE-ga. Kuigi hinnanguline ressursside arv on tõrketaluvusega kvantarvutite esimeste põlvkondade jaoks liiga kõrge, on meie hinnangud esimene omataoline nii ootusväärtuse hindamise kui ka kaasaegsete QSP-põhiste tehnikate rakendamisel.

Molekulaarsete vaadeldavate materjalide tõrketaluv kvantarvutus PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikaalne otsing. Ai.

► BibTeX-i andmed

@artikkel{Steudtner2023vigatolerantne, doi = {10.22331/q-2023-11-06-1164}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-11-06-1164}, pealkiri = {Fault molekulaarvaatluste tolerantne kvantarvutus}, autor = {Steudtner, Mark ja Morley-Short, Sam ja Pol, William ja Sim, Sukin ja Cortes, Cristian L. ja Loipersberger, Matthias ja Parrish, Robert M. ja Degroote, Matthias ja Moll , Nikolaj ja Santagati, Raffaele ja Streif, Michael}, ajakiri = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften} }, maht = {7}, leheküljed = {1164}, kuu = nov, aasta = {2023} }

► Viited

[1] David Poulin, Matthew B. Hastings, Dave Wecker, Nathan Wiebe, Andrew C. Doberty ja Matthias Troyer. "Traavli sammu suurus, mis on vajalik kvantkeemia täpseks kvantsimulatsiooniks". Kvantinfo. Arvuta. 15, 361–384 (2015).
https:///doi.org/10.5555/2871401.2871402

[2] Markus Reiher, Nathan Wiebe, Krysta M. Svore, Dave Wecker ja Matthias Troyer. "Reaktsioonimehhanismide selgitamine kvantarvutites". Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 7555–7560 (2017).
https:///doi.org/10.1073/pnas.1619152114

[3] Ryan Babbush, Craig Gidney, Dominic W Berry, Nathan Wiebe, Jarrod McClean, Alexandru Paler, Austin Fowler ja Hartmut Neven. "Elektrooniliste spektrite kodeerimine lineaarse T keerukusega kvantahelates". Füüsiline ülevaade X 8, 041015 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.041015

[4] Dominic W. Berry, Craig Gidney, Mario Motta, Jarrod R. McClean ja Ryan Babbush. "Suvalise baaskvantkeemia kvbitiseerimine, mis võimendab hõredust ja madala astme faktoriseerimist". Quantum 3, 208 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-02-208

[5] Joonho Lee, Dominic W. Berry, Craig Gidney, William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nathan Wiebe ja Ryan Babbush. "Veelgi tõhusamad keemia kvantarvutused tensori hüperkontraktsiooni kaudu." PRX Quantum 2, 030305 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030305

[6] Yuan Su, Dominic W. Berry, Nathan Wiebe, Nicholas Rubin ja Ryan Babbush. "Keemia tõrkekindlad kvantsimulatsioonid esimeses kvantiseerimises". PRX Quantum 2, 040332 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040332

[7] Isaac H. Kim, Ye-Hua Liu, Sam Pallister, William Pol, Sam Roberts ja Eunseok Lee. "Kvantkeemiliste simulatsioonide tõrketaluv ressursihinnang: liitiumioonaku elektrolüüdi molekulide juhtumiuuring". Phys. Rev. Research 4, 023019 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.023019

[8] Alain Delgado, Pablo A. M. Casares, Roberto dos Reis, Modjtaba Shokrian Zini, Roberto Campos, Norge Cruz-Hernández, Arne-Christian Voigt, Angus Lowe, Soran Jahangiri, M. A. Martin-Delgado, Jonathan E. Mueller ja Juan Miguel. "Liitium-ioonakude põhiomaduste simuleerimine tõrketaluva kvantarvutiga". Phys. Rev. A 106, 032428 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.106.032428

[9] Vera von Burg, Guang Hao Low, Thomas Häner, Damian S. Steiger, Markus Reiher, Martin Roetteler ja Matthias Troyer. "Kvantarvuti täiustatud arvutuslik katalüüs". Phys. Rev. Res. 3, 033055 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.033055

[10] Joshua J. Goings, Alec White, Joonho Lee, Christofer S. Tautermann, Matthias Degroote, Craig Gidney, Toru Shiozaki, Ryan Babbush ja Nicholas C. Rubin. "Tsütokroom p450 elektroonilise struktuuri usaldusväärne hindamine tänapäeva klassikalistes arvutites ja homsetes kvantarvutites." Proceedings of the National Academy of Sciences 119, e2203533119 (2022).
https:///doi.org/10.1073/pnas.2203533119

[11] Thomas E O’Brien, Michael Streif, Nicholas C Rubin, Raffaele Santagati, Yuan Su, William J Huggins, Joshua J Goings, Nikolaj Moll, Elica Kyoseva, Matthias Degroote jt. "Molekulaarjõudude ja muude energiagradientide tõhus kvantarvutus". Phys. Rev. Res. 4, 043210 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.043210

[12] Christopher J Cramer. "Arvutuskeemia põhialused: teooriad ja mudelid". John Wiley ja pojad. (2013). url: https:///www.wiley.com/en-cn/Essentials+of+Computational+Chemistry:+Theories+and+Models,+2nd+Edition-p-9780470091821.
https:///www.wiley.com/en-cn/Essentials+of+Computational+Chemistry:+Theories+and+Models,+2nd+Edition-p-9780470091821

[13] Raffaele Santagati, Alan Aspuru-Guzik, Ryan Babbush, Matthias Degroote, Leticia Gonzalez, Elica Kyoseva, Nikolaj Moll, Markus Oppel, Robert M. Parrish, Nicholas C. Rubin, Michael Streif, Christofer S. Tautermann, Horst Weiss, Nathan Wiebe, ja Clemens Utschig-Utschig. "Drug design on quantum computers" (2023). arXiv:2301.04114.
arXiv: 2301.04114

[14] Clifford W Fong. "Vere-aju barjääri läbilaskvus: ravimite ja füsioloogiliselt oluliste ühendite transpordi molekulaarne mehhanism". The Journal of membrānbioloogia 248, 651–669 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00232-015-9778-9

[15] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz ja Rolando D. Somma. "Jälgitavate objektide ootusväärtuste optimaalsed kvantmõõtmised". Physical Review A 75, 012328 (2007).
https:///doi.org/10.1103/physreva.75.012328

[16] Gilles Brassard, Peter Hoyer, Michele Mosca ja Alain Tapp. "Kvantamplituudi võimendamine ja hindamine". Kaasaegne matemaatika 305, 53–74 (2002).
https:///doi.org/10.1090/conm/305/05215

[17] A. Yu. Kitaev. "Kvantmõõtmised ja Abeli stabilisaatori probleem" (1995). arXiv:quant-ph/9511026.
arXiv:quant-ph/9511026

[18] David Poulin ja Pawel Wocjan. “Kvant-mitmekehasüsteemide põhiseisundite ettevalmistamine kvantarvutis”. Physical Review Letters 102, 130503 (2009).
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.102.130503

[19] David Poulin, Aleksei Kitaev, Damian S. Steiger, Matthew B. Hastings ja Matthias Troyer. "Kvantalgoritm spektraalmõõtmiseks väiksema väravaarvuga". Phys. Rev. Lett. 121, 010501 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.010501

[20] Yimin Ge, Jordi Tura ja J. Ignacio Cirac. "Kiirem põhiseisundi ettevalmistamine ja ülitäpne maapinna energia hindamine vähemate kubitidega". Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https:///doi.org/10.1063/1.5027484

[21] Lin Lin ja Yu Tong. Peaaegu optimaalse põhiseisundi ettevalmistamine. Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372

[22] Ruizhe Zhang, Guoming Wang ja Peter Johnson. "Alusseisundi omaduste arvutamine varajase tõrketaluvusega kvantarvutitega". Quantum 6, 761 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-07-11-761

[23] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz ja Rolando D. Somma. "Jälgitavate objektide ootusväärtuste optimaalsed kvantmõõtmised". Phys. Rev. A 75, 012328 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.75.012328

[24] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low ja Nathan Wiebe. "Kvant-ainsuse väärtuse teisendus ja kaugemalegi: kvantmaatriksi aritmeetika eksponentsiaalsed täiustused". In Proceedings of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. ACM (2019).

[25] Patrick Rall. "Kvantalgoritmid füüsikaliste suuruste hindamiseks plokkkodeeringu abil". Phys. Rev. A 102, 022408 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.022408

[26] William J. Huggins, Kianna Wan, Jarrod McClean, Thomas E. O’Brien, Nathan Wiebe ja Ryan Babbush. "Peaaegu optimaalne kvantalgoritm mitme ootusväärtuse hindamiseks". Phys. Rev. Lett. 129, 240501 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.240501

[27] Arjan Cornelissen, Yassine Hamoudi ja Sofiene Jerbi. Peaaegu optimaalsed kvantalgoritmid mitme muutujaga keskmise hindamiseks. In Proceedings of the 54th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Lk 33–43. STOC 2022, New York, NY, USA (2022). Arvutusmasinate Ühing.
https:///doi.org/10.1145/3519935.3520045

[28] Guang Hao Low ja Isaac L. Chuang. "Optimaalne Hamiltoni simulatsioon kvantsignaalitöötluse abil". Phys. Rev. Lett. 118, 010501 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.010501

[29] Patrick Rall. "Kiiremad koherentsed kvantalgoritmid faasi-, energia- ja amplituudihinnanguks". Quantum 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566

[30] John M. Martyn, Zane M. Rossi, Andrew K. Tan ja Isaac L. Chuang. "Kvantalgoritmide suur ühendamine". PRX Quantum 2, 040203 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040203

[31] Wim van Dam, G. Mauro D’Ariano, Artur Ekert, Chiara Macchiavello ja Michele Mosca. "Optimaalsed kvantahelad faasi üldiseks hindamiseks". Phys. Rev. Lett. 98, 090501 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.090501

[32] Gumaro Rendon, Taku Izubuchi ja Yuta Kikuchi. "Koosinuse kitseneva akna mõju kvantfaasi hindamisele". Phys. Rev. D 106, 034503 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.106.034503

[33] Kosuke Mitarai, Kiichiro Toyoizumi ja Wataru Mizukami. "Häirusteooria kvantsignaali töötlemisega". Quantum 7, 1000 (2023).
https://doi.org/10.22331/q-2023-05-12-1000

[34] Dominic W. Berry, Mária Kieferová, Artur Scherer, Yuval R. Sanders, Guang Hao Low, Nathan Wiebe, Craig Gidney ja Ryan Babbush. "Täiustatud tehnikad fermioonsete hamiltonianide omaseisundite ettevalmistamiseks". npj Quantum Information 4, 22 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0071-5

[35] Guang Hao Low ja Isaac L. Chuang. "Hamiltoni simulatsioon qubitiseerimise teel". Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163

[36] Yulong Dong, Lin Lin ja Yu Tong. "Alusseisundi ettevalmistamine ja energia hindamine varajases tõrketaluvetes kvantarvutites unitaarmaatriksite kvantomaväärtuste teisenduse kaudu". PRX Quantum 3, 040305 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.040305

[37] Earl T Campbell. "Hubbardi mudeli varajased tõrketaluvad simulatsioonid". Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/ac3110

[38] Richard Cleve, Artur Ekert, Chiara Macchiavello ja Michele Mosca. "Uuesti vaadatud kvantalgoritmid". Londoni Kuningliku Seltsi toimetised. A-seeria: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 454, 339–354 (1998).
https:///doi.org/10.1098/rspa.1998.0164

[39] Craig Gidney. "Kvantliitmise kulude poolitamine". Quantum 2, 74 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-06-18-74

[40] Jiasu Wang, Yulong Dong ja Lin Lin. "Sümmeetrilise kvantsignaali töötlemise energiamaastikul". Quantum 6, 850 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-11-03-850

[41] Guang Hao madal. "Kvantsignaali töötlemine ühe qubit dünaamika abil". Doktoritöö. Massachusettsi Tehnoloogiainstituut. (2017).

[42] Yulong Dong, Xiang Meng, K. Birgitta Whaley ja Lin Lin. "Tõhus faasiteguri hindamine kvantsignaali töötlemisel". Füüsiline ülevaade A 103, 042419 (2021).
https:///doi.org/10.1103/physreva.103.042419

[43] Yulong Dong, Lin Lin, Hongkang Ni ja Jiasu Wang. "Lõpmatu kvantsignaali töötlemine" (2022). arXiv:2209.10162.
arXiv: 2209.10162

[44] Diptarka Hait ja Martin Head-Gordon. "Kui täpne on tiheduse funktsionaalse teooria dipoolmomentide ennustamisel? Hindamine, kasutades uut 200 võrdlusväärtuse andmebaasi. Journal of Chemical Theory and Computation 14, 1969–1981 (2018).
https:///doi.org/10.1021/acs.jctc.7b01252

[45] Qiming Sun, Xing Zhang, Samragni Banerjee, Peng Bao, Marc Barbry, Nick S. Blunt, Nikolay A. Bogdanov, George H. Booth, Jia Chen, Zhi-Hao Cui, Janus J. Eriksen, Yang Gao, Sheng Guo, Jan Hermann, Matthew R. Hermes, Kevin Koh, Peter Koval, Susi Lehtola, Zhendong Li, Junzi Liu, Narbe Mardirossian, James D. McClain, Mario Motta, Bastien Mussard, Hung Q. Pham, Artem Pulkin, Wirawan Purwanto, Paul J. Robinson, Enrico Ronca, Elvira R. Sayfutyarova, Maximilian Scheurer, Henry F. Schurkus, James E. T. Smith, Chong Sun, Shi-Ning Sun, Shiv Upadhyay, Lucas K. Wagner, Xiao Wang, Alec White, James Daniel Whitfield, Mark J Williamson, Sebastian Wouters, Jun Yang, Jason M. Yu, Tianyu Zhu, Timothy C. Berkelbach, Sandeep Sharma, Alexander Yu. Sokolov ja Garnet Kin-Lic Chan. "PySCF-i programmipaketi hiljutised arengud". The Journal of Chemical Physics 153, 024109 (2020).
https:///doi.org/10.1063/5.0006074

[46] Qiming Sun, Timothy C. Berkelbach, Nick S. Blunt, George H. Booth, Sheng Guo, Zhendong Li, Junzi Liu, James D. McClain, Elvira R. Sayfutyarova, Sandeep Sharma, Sebastian Wouters ja Garnet Kin-Lic Chan. "Pyscf: keemiaraamistiku pütonipõhised simulatsioonid". WIREs Computational Molecular Science 8, e1340 (2018).
https:///doi.org/10.1002/wcms.1340

[47] Huanchen Zhai ja Granaat Kin-Lic Chan. Madala side suure jõudlusega ab initio tihedusega maatriksi renormaliseerimisrühma algoritmid. J. Chem. Phys. 154, 224116 (2021).
https:///doi.org/10.1063/5.0050902

[48] Dominik Marx ja Jurg Hutter. "Ab initio molekulaarne dünaamika: teooria ja rakendamine". Kvantkeemia kaasaegsed meetodid ja algoritmid 1, 141 (2000).
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511609633

[49] J. C. Slater. "Viiruslik ja molekulaarne struktuur". The Journal of Chemical Physics 1, 687–691 (1933).
https:///doi.org/10.1063/1.1749227

[50] Jeffrey Cohn, Mario Motta ja Robert M. Parrish. "Kvantfiltri diagonaliseerimine kokkusurutud topeltfaktoriga hamiltonianidega". PRX Quantum 2, 040352 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040352

[51] Guang Hao Low, Vadym Kliuchnikov ja Luke Schaeffer. “T-väravate kauplemine määrdunud qubittide vastu oleku ettevalmistamisel ja ühtses sünteesis” (2018). arXiv:1812.00954.
arXiv: 1812.00954

Viidatud

[1] Ignacio Loaiza ja Artur F. Izmaylov, "Block-Invariant Symmetry Shift: Preprocessing Technique for Second-Quantized Hamiltonians to Improve Their Decompositions to Linear Combination of Unitaries", Journal of Chemical Theory and Computation acs.jctc.3c00912 (2023).

[2] Alexander M. Dalzell, Sam McArdle, Mario Berta, Przemyslaw Bienias, Chi-Fang Chen, András Gilyén, Connor T. Hann, Michael J. Kastoryano, Emil T. Khabiboulline, Aleksander Kubica, Grant Salton, Samson Wang ja Fernando GSL Brandão, "Kvantalgoritmid: rakenduste ja otspunktide keerukuse ülevaade", arXiv: 2310.03011, (2023).

[3] Cristian L. Cortes, Matthias Loipersberger, Robert M. Parrish, Sam Morley-Short, William Pol, Sukin Sim, Mark Steudtner, Christofer S. Tautermann, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Raffaele Santagati ja Michael Streif, „Fault - tolerantne kvantalgoritm sümmeetriaga kohandatud häiritusteooria jaoks, arXiv: 2305.07009, (2023).

[4] Sophia Simon, Raffaele Santagati, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Michael Streif ja Nathan Wiebe, "Täiustatud skaleerimine ühendatud kvantklassikalise dünaamika simuleerimiseks", arXiv: 2307.13033, (2023).

[5] Ignacio Loaiza ja Artur F. Izmaylov, "Block-Invariant Symmetry Shift: Preprocessing method for second-quantized Hamiltonians to parandada nende dekompositsioonid lineaarseks ühikute kombinatsiooniks", arXiv: 2304.13772, (2023).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit Crossrefi viidatud teenus (viimati edukalt värskendatud 2023-11-13 12:50:11) ja SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-11-13 12:50:12). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
Allikas: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-11-06-1164/

Ajatempel: November 6, 2023

Ajatempel: Veebruar 8, 2024

Molekulaarsete vaadeldavate materjalide tõrketaluv kvantarvutus

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Footonipaaride ja kvantmälestuste põimumise dünaamika maa gravitatsiooniväljas

Häiritud parameetrilise kvantarengu tuletise "õiged" nihkereeglid

Kvantmüra mudelite sobitamine tomograafia andmetega

XP stabilisaatori formalism: Pauli stabilisaatori formalismi üldistus suvaliste faasidega

Diagonaalvärava poolt esile kutsutud kvantkanalite kujundamine

Sassis alamruumid ja üldine lokaalne oleku diskrimineerimine eeljagatud takerdumisega

Ülivedeliku takistus eksitoonsete polaritonide ja ülijuhtivate elektrongaaside vahel

Mitme omaväärtuse samaaegne hindamine lühikese sügavusega kvantahelaga varases tõrketaluvusega kvantarvutites

Minimaalsed ortonormaalsed alused puhta kvantseisundi hindamiseks

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto