Fysikaalisten ja ympäristötieteiden laitos, Toronton yliopisto Scarborough, Toronto, Ontario M1C 1A4, Kanada
Kemiallisen fysiikan teoriaryhmä, kemian laitos, Toronton yliopisto, Toronto, Ontario M5S 3H6, Kanada
Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.
Abstrakti
Molekyylielektronisen Hamiltonin odotusarvon mittaaminen on yksi vaihtelevan kvanttiominaisratkaisijan haastavista osista. Laajalti käytetty strategia on ilmaista Hamiltonin mitattavissa olevien fragmenttien summana käyttämällä fermionista operaattorialgebraa. Tällaisilla fragmenteilla on se etu, että ne säilyttävät molekyylisymmetriat, joita voidaan käyttää virheiden lieventämiseen. Hamiltonin odotusarvon saamiseksi vaadittavien mittausten lukumäärä on verrannollinen fragmenttivarianssien summaan. Tässä esittelemme uuden menetelmän fragmenttien varianssien pienentämiseksi hyödyntämällä fragmenttien muodon joustavuutta. Ammattilukuoperaattoreiden idempotenssista johtuen kaksielektronisten fragmenttien jotkin osat voidaan muuttaa yhden elektronin fragmenteiksi, jotka voidaan sitten kerätä osittain puhtaasti yhden elektronin fragmentiksi. Tämä uudelleenositus ei vaikuta Hamiltonin odotusarvoon, mutta sillä on katoamaton vaikutus kunkin fragmentin varianssiin. Ehdotettu menetelmä löytää optimaalisen uudelleenosion käyttämällä variansseja, jotka on arvioitu käyttämällä kvanttiaaltofunktion klassisen tehokasta välityspalvelinta. Useilla molekyyleillä tehdyt numeeriset testit osoittavat, että yhden elektronin termien uudelleenjako alentaa mittausten määrää yli suuruusluokan.
► BibTeX-tiedot
► Viitteet
[1] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J. Love, Alán Aspuru-Guzik ja Jeremy L. O'Brien. "Vaihteleva ominaisarvon ratkaisija fotonisessa kvanttiprosessorissa". Nat. Commun. 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[2] Jarrod R. McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush ja Alán Aspuru-Guzik. "Kvantti-klassisten algoritmien variaatiohybridi-algoritmien teoria". Uusi J. Phys. 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[3] Ilja G. Ryabinkin, Robert A. Lang, Scott N. Genin ja Artur F. Izmaylov. "Iteratiivinen qubit-kytkentäinen klusterilähestymistapa tehokkaalla generaattoreiden seulonnalla". J. Chem. Teoria Comput. 16, 1055–1063 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.9b01084
[4] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C. Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R. McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio ja Patrick J Coles. "Variaatiokvanttialgoritmit". Nat. Rev. Phys. 3, 625–644 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9
[5] Abhinav Anand, Philipp Schleich, Sumner Alperin-Lea, Phillip WK Jensen, Sukin Sim, Manuel Díaz-Tinoco, Jakob S. Kottmann, Matthias Degroote, Artur F. Izmaylov ja Alán Aspuru-Guzik. "Kvanttilaskennan näkemys unitaarikytketyn klusterin teoriasta". Chem. Soc. Rev. 51, 1659–1684 (2022).
https:///doi.org/10.1039/D1CS00932J
[6] John Preskill. "Kvanttilaskenta NISQ-aikakaudella ja sen jälkeen". Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79
[7] Dominic W Berry, Craig Gidney, Mario Motta, Jarrod R. McClean ja Ryan Babbush. "Mielivaltaisen perustan kvanttikemian kvbitisointi, joka hyödyntää harvalukuisuutta ja matalaluokkaista tekijöitä". Quantum 3, 208 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-02-208
[8] Mario Motta, Erika Ye, Jarrod R. McClean, Zhendong Li, Austin J. Minnich, Ryan Babbush ja Garnet Kin-Lic Chan. "Matalan tason esitykset elektronisen rakenteen kvanttisimulaatioon". npj Quantum Inf. 7, 1–7 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00416-z
[9] William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nicholas C. Rubin, Zhang Jiang, Nathan Wiebe, K. Birgitta Whaley ja Ryan Babbush. "Tehokkaat ja melua kestävät kvanttikemian mittaukset lähiajan kvanttitietokoneilla". npj Quantum Inf. 7, 1–9 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41534-020-00341-7
[10] Tzu-Ching Yen ja Artur F. Izmaylov. "Cartanin subalgebra-lähestymistapa kvanttihavaittavien aineistojen tehokkaisiin mittauksiin". PRX Quantum 2, 040320 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040320
[11] Jeffrey Cohn, Mario Motta ja Robert M. Parrish. "Kvanttisuodattimen diagonalisointi pakatuilla kaksoiskertoimisilla hamiltonianilla". PRX Quantum 2, 040352 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040352
[12] Sergey B. Bravyi ja Aleksei Yu. Kitaev. "Fermioninen kvanttilaskenta". Ann. Phys. 298, 210–226 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1006 / aphy.2002.6254
[13] Jacob T. Seeley, Martin J. Richard ja Peter J. Love. "Bravyi-Kitaev-muunnos elektronisen rakenteen kvanttilaskentaan". J. Chem. Phys. 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / +1.4768229
[14] Ian D. Kivlichan, Jarrod McClean, Nathan Wiebe, Craig Gidney, Alán Aspuru-Guzik, Garnet Kin-Lic Chan ja Ryan Babbush. "Kvanttisimulaatio elektroniikkarakenteesta lineaarisella syvyydellä ja liitettävyydellä". Phys. Rev. Lett. 120, 110501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.110501
[15] Ophelia Crawford, Barnaby van Straaten, Daochen Wang, Thomas Parks, Earl Campbell ja Stephen Brierley. "Pauli-operaattoreiden tehokas kvantimittaus äärellisen näytteenottovirheen läsnä ollessa". Quantum 5, 385 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-01-20-385
[16] Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan ja Jhonathan Romero. "Mittaukset esteenä lähiajan käytännön kvanttietulle kemiassa: Resurssianalyysi". Phys. Rev. Research 4, 033154 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.033154
[17] Andrew Jena, Scott Genin ja Michele Mosca. "Pauli-osiointi porttisarjojen suhteen" (2019). arXiv:1907.07859.
arXiv: 1907.07859
[18] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng ja John Preskill. "Kvanttijärjestelmän monien ominaisuuksien ennustaminen hyvin harvoista mittauksista". Nat. Phys. 16, 1050–1057 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41567-020-0932-7
[19] Charles Hadfield, Sergey Bravyi, Rudy Raymond ja Antonio Mezzacapo. "Kvanttihamiltonilaisten mittaukset paikallisesti puolueellisilla klassisilla varjoilla". Commun. Matematiikka. Phys. 391, 951–967 (2022).
https://doi.org/10.1007/s00220-022-04343-8
[20] Stefan Hillmich, Charles Hadfield, Rudy Raymond, Antonio Mezzacapo ja Robert Wille. "Päätöskaaviot kvanttimittauksiin matalilla piireillä". Vuonna 2021 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE). Sivut 24-34. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE52317.2021.00018
[21] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng ja John Preskill. "Tehokas estimointi Paulin havainnoista derandomisoinnilla". Phys. Rev. Lett. 127, 030503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.030503
[22] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang ja Xiao Yuan. "Päällekkäinen ryhmittelymittaus: yhtenäinen kehys kvanttitilojen mittaamiseen" (2021). arXiv:2105.13091.
arXiv: 2105.13091
[23] Charles Hadfield. "Adaptive Pauli shadows for energy estimation" (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207
[24] Tzu-Ching Yen, Vladyslav Verteletskyi ja Artur F. Izmaylov. "Kaikkien yhteensopivien operaattorien mittaaminen yhdessä yhden qubitin mittaussarjassa käyttämällä unitaarisia muunnoksia". J. Chem. Teoria Comput. 16, 2400–2409 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.0c00008
[25] Tzu-Ching Yen, Aadithya Ganeshram ja Artur F Izmaylov. "Deterministiset parannukset kvanttimittauksiin yhteensopivien operaattoreiden ryhmittelyllä, ei-paikallisilla muunnoksilla ja kovarianssiestimaateilla" (2022). arXiv:2201.01471.
arXiv: 2201.01471
[26] Seonghoon Choi, Tzu-Ching Yen ja Artur F. Izmaylov. "Kvanttimittausten parantaminen ottamalla käyttöön "ghost" pauli -tuotteita. J. Chem. Teoria Comput. 18, 7394–7402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.2c00837
[27] Scott Aaronson ja Daniel Gottesman. "Parannettu stabilointipiirien simulointi". Phys. Rev. A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328
[28] Zachary Pierce Bansingh, Tzu-Ching Yen, Peter D. Johnson ja Artur F. Izmaylov. "Fidelity overhead ei-paikallisille mittauksille variaatiokvanttialgoritmeissa". J. Phys. Chem. A 126, 7007–7012 (2022).
https:///doi.org/10.1021/acs.jpca.2c04726
[29] Guillermo García-Pérez, Matteo AC Rossi, Boris Sokolov, Francesco Tacchino, Panagiotis Kl. Barkoutsos, Guglielmo Mazzola, Ivano Tavernelli ja Sabrina Maniscalco. "Oppiminen mittaamaan: Mukautuva, tietoisesti täydellinen kvanttialgoritmien yleistetty mittaus". PRX Quantum 2, 040342 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040342
[30] Laurin E. Fischer, Daniel Miller, Francesco Tacchino, Panagiotis Kl. Barkoutsos, Daniel J. Egger ja Ivano Tavernelli. "Kudit-avaruuteen upotettujen kubittien yleistettyjen mittausten apuohjelmaton toteutus" (2022). arXiv:2203.07369.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.033027
arXiv: 2203.07369
[31] Adam Glos, Anton Nykänen, Elsi-Mari Borrelli, Sabrina Maniscalco, Matteo AC Rossi, Zoltán Zimborás ja Guillermo García-Pérez. "Adaptiiviset POVM-toteutukset ja mittausvirheiden lieventämisstrategiat lähiajan kvanttilaitteille" (2022). arXiv:2208.07817.
arXiv: 2208.07817
[32] Ilja G. Ryabinkin, Scott N. Genin ja Artur F. Izmaylov. "Rajoitetun vaihtelun kvanttiomaratkaisija: kvanttitietokonehakukone fock-avaruudessa". J. Chem. Teoria Comput. 15, 249–255 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b00943
[33] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Sergio Boixo, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Yu Chen, Zijun Chen, Benjamin Chiaro , Roberto Collins, William Courtney, Sean Demura, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Austin Fowler, Brooks Foxen, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Alan Ho, Sabrina Hong, Trent Huang, William J Huggins, Lev Ioffe, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Seon Kim, Paul V. Klimov, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Mike Lindmark, Erik Lucero, Orion Martin, John M. Martinis, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Anthony Megrant, Xiao Mi, Masoud Mohseni, Wojciech Mruczkiewicz, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Hartmut Neven, Murphy Yuez Niu, Thomas E. O'Brien, Eric Ostby, Andre Petukhov, Harald Putterman, Chris Quintan a, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Doug Strain, Kevin J. Sung, Marco Szalay, Tyler Y. Takeshita, Amit Vainsencher, Theodore White, Nathan Wiebe, Z. Jamie Yao , Ping Yeh ja Adam Zalcman. "Hartree-fock suprajohtavassa qubit-kvanttitietokoneessa". Science 369, 1084–1089 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abb9811
[34] Ignacio Loaiza, Alireza Marefat Khah, Nathan Wiebe ja Artur F. Izmaylov. "Molekulaarisen elektronisen Hamiltonin simulointikustannusten vähentäminen unitaaristen lähestymistapojen lineaarisella yhdistelmällä" (2022). arXiv:2208.08272.
arXiv: 2208.08272
[35] Vera von Burg, Guang Hao Low, Thomas Häner, Damian S. Steiger, Markus Reiher, Martin Roetteler ja Matthias Troyer. "Kvanttilaskennan tehostettu laskennallinen katalyysi". Phys. Rev. Research 3, 033055 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.033055
[36] Joonho Lee, Dominic W. Berry, Craig Gidney, William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nathan Wiebe ja Ryan Babbush. "Väljä tehokkaammat kemian kvanttilaskut tensorihyperkontraktsioonin avulla". PRX Quantum 2, 030305 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030305
[37] Seonghoon Choi, Ignacio Loaiza ja Artur F. Izmaylov. "Data for: Nestemäiset fermioniset fragmentit elektronisten Hamiltonian kvanttimittausten optimointiin variaatiokvanttiominaisratkaisijassa". url: doi.org/10.5281/zenodo.7335451.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7335451
[38] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh ja TE O'Brien. "Halpahintainen virheiden lieventäminen symmetriavarmennuksella". Phys. Rev. A 98, 062339 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339
[39] Suguru Endo, Zhenyu Cai, Simon C. Benjamin ja Xiao Yuan. "Kvanttiklassiset hybridi-algoritmit ja kvanttivirheiden lieventäminen". J. Phys. Soc. Japani 90, 032001 (2021).
https: / / doi.org/ 10.7566 / JPSJ.90.032001
[40] Zhenyu Cai, Ryan Babbush, Simon C. Benjamin, Suguru Endo, William J. Huggins, Ying Li, Jarrod R. McClean ja Thomas E. O'Brien. "Kvanttivirheiden lieventäminen" (2022). arXiv:2210.00921.
arXiv: 2210.00921
[41] Jarrod R. McClean, Mollie E. Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter ja Wibe A. de Jong. "Hybridi-kvanttiklassinen hierarkia dekoherenssin lieventämiseksi ja virittyneiden tilojen määrittämiseksi". Phys. Rev. A 95, 042308 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042308
[42] William J Huggins, Joonho Lee, Unpil Baek, Bryan O'Gorman ja K Birgitta Whaley. "Ei-ortogonaalinen variaatiokvantin ominaisratkaisija". Uusi J. Phys. 22, 073009 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab867b
[43] Nicholas H. Stair, Renke Huang ja Francesco A. Evangelista. "Moniviittaus kvanttikrylov-algoritmi vahvasti korreloiville elektroneille". J. Chem. Teoria Comput. 16, 2236–2245 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.9b01125
[44] Xavier Bonet-Monroig, Ryan Babbush ja Thomas E. O'Brien. "Lähes optimaalinen mittausaikataulu kvanttitilojen osittaiselle tomografialle". Phys. Rev. X 10, 031064 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031064
[45] Andrew Zhao, Nicholas C. Rubin ja Akimasa Miyake. "Fermioninen osittainen tomografia klassisten varjojen kautta". Phys. Rev. Lett. 127, 110504 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.110504
[46] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D. Dutoi, Peter J. Love ja Martin Head-Gordon. "Molekyylienergioiden simuloitu kvanttilaskenta". Science 309, 1704–1707 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479
[47] Seth Lloyd. "Universaalit kvanttisimulaattorit". Science 273, 1073-1078 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.273.5278.1073
[48] Luis A. Martínez-Martínez, Tzu-Ching Yen ja Artur F. Izmaylov. "Erilaisten Hamiltonin osioiden arviointi elektronirakenneongelmaan kvanttitietokoneella trotter approksimaatiolla" (2022). arXiv:2210.10189.
arXiv: 2210.10189
[49] Masuo Suzuki. "Eksponentiaalisten operaattoreiden fraktaalihajottelu sovelluksilla monikappaleteorioihin ja Monte Carlo -simulaatioihin". Phys. Lett. A 146, 319–323 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90962-n
Viitattu
[1] IT Khan, M. Tudorovskaya, JJM Kirsopp, D. Muñoz Ramo, PW Warrier, DK Papanastasiou ja R. Singh, "Chemically Aware Unitary Coupled Cluster with ab initio Calculations on System Model H1: A Refrigerant Chemicals Application", arXiv: 2210.14834.
[2] Benchen Huang, Nan Sheng, Marco Govoni ja Giulia Galli, "Fermionisten Hamiltonilaisten kvanttisimulaatiot tehokkaalla koodaus- ja ansatz-skeemoilla", arXiv: 2212.01912.
Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2023-01-05 01:57:12). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.
On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2023-01-05 01:57:10).
Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.
