Simulation quantique numérique de la dynamique non perturbative des systèmes ouverts avec des polynômes orthogonaux

Republié par Platon

Suiveurs: 0

José D. Guimarães^1,2,3, Mikhaïl I. Vasilevskiy^3,4,5, et Luís S. Barbosa^3,6

¹Centro de Física das Universidades do Minho e do Porto, Braga 4710-057, Portugal
²Institut de physique théorique et IQST, Université d'Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, Ulm 89081, Allemagne
³Laboratoire international ibérique de nanotechnologie, Av. Mestre José Veiga s/n, Braga 4715-330, Portugal
⁴Laboratório de Física para Materiais e Tecnologias Emergentes (LaPMET), Universidade do Minho, Braga 4710-057, Portugal
⁵Departamento de Física, Université du Minho, Braga 4710-057, Portugal
⁶INESC TEC, Departamento de Informática, Universidade do Minho, Braga 4710-057, Portugal

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Abstract

Les simulations classiques non perturbatives de la dynamique des systèmes quantiques ouverts sont confrontées à plusieurs problèmes d'évolutivité, à savoir la mise à l'échelle exponentielle de l'effort de calcul en fonction de la durée de la simulation ou de la taille du système ouvert. Dans ce travail, nous proposons l'utilisation de l'opérateur de densité évolutive dans le temps avec algorithme de polynômes orthogonaux (TEDOPA) sur un ordinateur quantique, que nous appelons Quantum TEDOPA (Q-TEDOPA), pour simuler la dynamique non perturbative de systèmes quantiques ouverts linéairement couplés. à un environnement bosonique (bain de phonons continu). En effectuant un changement de base de l'hamiltonien, le TEDOPA produit une chaîne d'oscillateurs harmoniques avec uniquement des interactions locales entre voisins les plus proches, ce qui rend cet algorithme adapté à une mise en œuvre sur des dispositifs quantiques avec une connectivité qubit limitée, tels que les processeurs quantiques supraconducteurs. Nous analysons en détail la mise en œuvre de TEDOPA sur un dispositif quantique et montrons que les mises à l'échelle exponentielles des ressources informatiques peuvent potentiellement être évitées pour les simulations d'évolution temporelle des systèmes considérés dans ce travail. Nous avons appliqué la méthode proposée à la simulation du transport d'excitons entre deux molécules captant la lumière dans un régime de force de couplage modérée à un environnement d'oscillateur harmonique non markovien sur un dispositif IBMQ. Les applications de Q-TEDOPA couvrent des problèmes qui ne peuvent pas être résolus par des techniques de perturbation appartenant à différents domaines, tels que la dynamique des systèmes biologiques quantiques et les systèmes de matière condensée fortement corrélés.

Simulation quantique numérique de la dynamique non perturbative des systèmes ouverts avec des polynômes orthogonaux PlatoBlockchain Data Intelligence. Recherche verticale. Aï.

Résumé populaire

L'article présente l'opérateur de densité évolutive dans le temps quantique avec l'algorithme de polynômes orthogonaux (Q-TEDOPA), une adaptation de la méthode classique TEDOPA pour le calcul quantique, où la dynamique non perturbatrice de systèmes quantiques ouverts couplés linéairement à des environnements bosoniques est simulée. Conçu pour les ordinateurs quantiques avec une connectivité qubit restreinte, tels que les processeurs quantiques supraconducteurs, Q-TEDOPA ne nécessite que des interactions locales avec le plus proche voisin. Nous analysons la complexité de la méthode et suggérons que Q-TEDOPA puisse atteindre des accélérations exponentielles par rapport à son homologue classique (TEDOPA). Nous démontrons son utilité en simulant le transport d'excitons entre des molécules récoltant la lumière sur un véritable appareil IBMQ utilisant jusqu'à 12 qubits. Q-TEDOPA s'avère prometteur dans l'amélioration des capacités de simulation quantique, offrant une approche plus économe en ressources par rapport au TEDOPA classique.

► Données BibTeX

@article{Guimaraes2024digitalquantum, doi = {10.22331/q-2024-02-05-1242}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2024-02-05-1242}, title = {Quantique numérique simulation de dynamique non perturbative de systèmes ouverts avec polynômes orthogonaux}, auteur = {Guimar{~{a}}es, Jos{'{e}} D. et Vasilevskiy, Mikhail I. et Barbosa, Lu{'{i} }s S.}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, éditeur = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {8 }, pages = {1242}, mois = février, année = {2024} }

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Cité par

[1] José D. Guimarães, James Lim, Mikhail I. Vasilevskiy, Susana F. Huelga et Martin B. Plenio, « Simulation quantique numérique assistée par bruit de systèmes ouverts utilisant l'annulation d'erreurs probabilistes partielles », PRX Quantique 4 4, 040329 (2023).

[2] Jonathon P. Misiewicz et Francesco A. Evangelista, « Implémentation du solveur propre quantique projectif sur un ordinateur quantique », arXiv: 2310.04520, (2023).

[3] Anthony W. Schlimgen, Kade Head-Marsden, LeeAnn M. Sager-Smith, Prineha Narang et David A. Mazziotti, « Préparation de l'état quantique et évolution non unitaire avec opérateurs diagonaux », Examen physique A 106 2, 022414 (2022).

Les citations ci-dessus proviennent de SAO / NASA ADS (dernière mise à jour réussie 2024-02-06 02:51:43). La liste peut être incomplète car tous les éditeurs ne fournissent pas de données de citation appropriées et complètes.

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Simulation quantique numérique de dynamiques non perturbatives de systèmes ouverts avec polynômes orthogonaux

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