Kvantumáramkörök helyi Fermion-qubit leképezések megoldásához

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Quantum circuits for solving local fermion-to-qubit mappings PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Fizikai Intézet, CH-1015 Lausanne, Svájc
Kvantumtudományi és Mérnöki Központ, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Svájc

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

A rácson lévő fermionos rendszerek lokális Hamiltonjai leképezhetők a helyi qubit Hamilton-rendszerűekre. Az operátorok helyének fenntartása a Hilbert-tér kiegészítő szabadságfokokkal való növelésének rovására megy. A fermionikus szabadsági fokokat képviselő alacsonyabb dimenziós fizikai Hilbert-tér visszakereséséhez meg kell felelni egy sor megszorításnak. Ebben a munkában olyan kvantumáramköröket mutatunk be, amelyek pontosan megfelelnek ezeknek a szigorú megkötéseknek. Bemutatjuk, hogy a lokalitás fenntartása hogyan teszi lehetővé a Trotterizált időfejlődés végrehajtását állandó körmélységgel időlépésenként. Konstrukciónk különösen előnyös a fermionikus rendszerek időfejlődési operátorának szimulálására d$gt$1 méretben. Azt is megvitatjuk, hogy ezek az áramkör-családok hogyan használhatók variációs kvantumállapotokként, két megközelítésre összpontosítva: az első általános konstans-fermionszámú kapukon, a másik pedig a Hamilton-féle variációs ansatz-on alapul, ahol a sajátállapotokat a következőkkel reprezentálják. paraméterezett időfejlődési operátorok. Módszereinket alkalmazzuk a $t$-$V$ modell alapállapotának és időbeli alakulásának megkeresésére.

► BibTeX adatok

@article{Nys2023quantumcircuits, doi = {10.22331/q-2023-02-21-930}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-21-930}, title = {Kvantumáramkörök helyi fermion-qubit leképezések megoldásához}, szerző = {Nys, Jannes és Carleo, Giuseppe}, folyóirat = {{Kvantum}}, issn = {2521-327X}, kiadó = {{Verein zur F{“{o }}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, kötet = {7}, oldal = {930}, hónap = február, év = {2023} }

► Referenciák

[1] Pascual Jordan és Eugene Paul Wigner. „Über das paulische äquivalenzverbot”. Eugene Paul Wigner összegyűjtött műveiben. 109–129. oldal. Springer (1993).
https:///doi.org/10.1007/BF01331938

[2] Chris Cade, Lana Mineh, Ashley Montanaro és Stasja Stanisic. „A fermi-hubbard modell megoldásának stratégiái rövid távú kvantumszámítógépeken”. Phys. Rev. B 102, 235122 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.102.235122

[3] James D Whitfield, Vojtěch Havlíček és Matthias Troyer. „Helyi spin-operátorok fermion-szimulációkhoz”. Physical Review A 94, 030301 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.94.030301

[4] Vojtěch Havlíček, Matthias Troyer és James D. Whitfield. „Operator locality in the quantum szimulation of fermion model”. Phys. Rev. A 95, 032332 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.95.032332

[5] Jan Hermann, James Spencer, Kenny Choo, Antonio Mezzacapo, WMC Foulkes, David Pfau, Giuseppe Carleo és Frank Noé. „Ab-initio kvantumkémia neurális hálózat hullámfüggvényeivel” (2022).
arXiv: 2208.12590

[6] T. Hensgens, T. Fujita, L. Janssen, Xiao Li, CJ Van Diepen, C. Reichl, W. Wegscheider, S. Das Sarma és LMK Vandersypen. „Fermi–Hubbard modell kvantumszimulációja félvezető kvantumponttömb segítségével”. Nature 548, 70–73 (2017).
https:///doi.org/10.1038/nature23022

[7] Xiqiao Wang, Ehsan Khatami, Fan Fei, Jonathan Wyrick, Pradeep Namboodiri, Ranjit Kashid, Albert F. Rigosi, Garnett Bryant és Richard Silver. „Egy kiterjesztett fermi-hubbard modell kísérleti megvalósítása adalékanyag alapú kvantumpontok 2d rácsával”. Nature Communications 13, 6824 (2022).
https:///doi.org/10.1038/s41467-022-34220-w

[8] Peter T. Brown, Debayan Mitra, Elmer Guardado-Sanchez, Reza Nourafkan, Alexis Reymbaut, Charles-David Hébert, Simon Bergeron, A.-MS Tremblay, Jure Kokalj, David A. Huse, Peter Schauß és Waseem S. Bakr. „Rossz fémtranszport hideg atomos fermi-hubbard rendszerben”. Science 363, 379–382 (2019). arXiv:https:///www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.aat4134.
https:///doi.org/10.1126/science.aat4134
arXiv:https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.aat4134

[9] Stasja Stanisic, Jan Lukas Bosse, Filippo Maria Gambetta, Raul A. Santos, Wojciech Mruczkiewicz, Thomas E. O'Brien, Eric Ostby és Ashley Montanaro. „A Fermi-Hubbard-modell alapállapot-tulajdonságainak megfigyelése skálázható algoritmus segítségével kvantumszámítógépen”. Nature Communications 13, 5743 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33335-4

[10] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Andreas Bengtsson, Sergio Boixo, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Yu Chen, Zijun Chen , Yu-An Chen, Ben Chiaro, Roberto Collins, Stephen J. Cotton, William Courtney, Sean Demura, Alan Derk, Andrew Dunsworth, Daniel Eppens, Thomas Eckl, Catherine Erickson, Edward Farhi, Austin Fowler, Brooks Foxen, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Jonathan A. Gross, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Alan Ho, Sabrina Hong, Trent Huang, William Huggins, Lev B. Ioffe, Szergej V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Seon Kim, Paul V. Klimov, Alexander N. Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Mike Lindmark, Erik Lucero, Michael Marthaler, Orion Martin, John M. Martinis, Anika Marusczyk , Sam McArdle, Jarrod R. McClean, Trevor McCourt, Matt McEwen, Anthony Megrant, Carlos Mejuto-Zaera, Xiao Mi, Masoud Mohseni, Wojciech Mruczkiewicz, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Ne Charlesven, Michael, Hartman Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O'Brien, Eric Ostby, Pató Bálint, Andre Petukhov, Harald Putterman, Chris Quintana, Jan-Michael Reiner, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Doug Strain, Kevin J. Sung, Peter Schmitteckert, Marco Szalay, Norm M. Tubman, Amit Vainsencher, Theodore White, Nicolas Vogt, Z. Jamie Yao, Ping Yeh, Adam Zalcman és Sebastian Zanker. „A töltés és a spin elkülönült dinamikájának megfigyelése a fermi-hubbard modellben” (2020).

[11] Ian D. Kivlichan, Jarrod McClean, Nathan Wiebe, Craig Gidney, Alán Aspuru-Guzik, Garnet Kin-Lic Chan és Ryan Babbush. „Elektronikus szerkezet kvantumszimulációja lineáris mélységgel és kapcsolódási lehetőséggel”. Phys. Rev. Lett. 120, 110501 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.110501

[12] Philippe Corboz, Román Orús, Bela Bauer és Guifré Vidal. „Erősen korrelált fermionok szimulációja két térbeli dimenzióban fermionikus vetített összefonódott pár állapotokkal”. Phys. Rev. B 81, 165104 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.81.165104

[13] Román Orús. „Tenzorhálózatok összetett kvantumrendszerekhez”. Nature Reviews Physics 1, 538–550 (2019).
https://doi.org/10.1038/s42254-019-0086-7

[14] Charles Derby, Joel Klassen, Johannes Bausch és Toby Cubitt. „Tömör fermion-kubit leképezések”. Phys. Rev. B 104, 035118 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.104.035118

[15] Zhang Jiang, Amir Kalev, Wojciech Mruczkiewicz és Hartmut Neven. „Optimális fermion-kubit leképezés hármas fák segítségével csökkentett kvantumállapot-tanulási alkalmazásokkal”. Quantum 4, 276 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-06-04-276

[16] Sergey B Bravyi és Alexei Yu Kitaev. „Fermionos kvantumszámítás”. Annals of Physics 298, 210–226 (2002).
https:///doi.org/10.1006/aphy.2002.6254

[17] Mark Steudtner és Stephanie Wehner. „Fermion-kubit leképezések változó erőforrásigényekkel a kvantumszimulációhoz”. New Journal of Physics 20, 063010 (2018).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aac54f

[18] Kanav Setia, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo és James D Whitfield. „Szupergyors kódolások fermionikus kvantumszimulációhoz”. Physical Review Research 1, 033033 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.1.033033

[19] John Preskill. „Kvantumszámítástechnika a NISQ-korszakban és azon túl”. Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[20] Jacek Wosiek. „Fermionok helyi ábrázolása rácson”. Technikai jelentés. Egyetem, Fizika Tanszék (1981). url: inspirehep.net/literature/169185.
https:///inspirehep.net/literature/169185

[21] RC labda. „Fermionok fermionmezők nélkül”. Physical Review Letters 95, 176407 (2005).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.176407

[22] Frank Verstraete és J Ignacio Cirac. „A fermionok helyi hamiltonjainak leképezése a forgások helyi hamiltonjaira”. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 2005, P09012 (2005).
https://doi.org/10.1088/1742-5468/2005/09/P09012

[23] Hoi Chun Po. „Szimmetrikus Jordan-Wigner transzformáció magasabb dimenziókban” (2021).

[24] Kanav Setia és James D Whitfield. "Bravyi-Kitaev szupergyors elektronikai szerkezet szimulációja kvantumszámítógépen". The Journal of Chemical physics 148, 164104 (2018).
https:///doi.org/10.1063/1.5019371

[25] Yu-An Chen, Anton Kapustin és Đorđe Radičević. „Pontos bozonizáció két térbeli dimenzióban és a rácsmérő elméletek új osztálya”. Annals of Physics 393, 234–253 (2018).
https:///doi.org/10.1016/j.aop.2018.03.024

[26] Yu-An Chen és Yijia Xu. „A fermion-kubit leképezések egyenértékűsége két térbeli dimenzióban” (2022).

[27] Arkadiusz Bochniak és Błażej Ruba. „Clifford algebrákon alapuló bozonizáció és mérőelméleti értelmezése”. Journal of High Energy Physics 2020, 1–36 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.102.114502

[28] Kangle Li és Hoi Chun Po. „Magasabb dimenziós jordán-wigner átalakulás és segéd majorana fermionok”. Phys. Rev. B 106, 115109 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevB.106.115109

[29] Jannes Nys és Giuseppe Carleo. „Fermion-kubit leképezések variációs megoldásai két térbeli dimenzióban”. Quantum 6, 833 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-10-13-833

[30] Xiao-Gang Wen. „Kvantumrendek egy pontos oldható modellben”. Physical Review Letters 90, 016803 (2003).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.016803

[31] J. Pablo Bonilla Ataides, David K. Tuckett, Stephen D. Bartlett, Steven T. Flammia és Benjamin J. Brown. „Az xzzx felületi kód”. Nature Communications 12, 2172 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22274-1

[32] Filippo Vicentini, Damian Hofmann, Szabó Attila, Dian Wu, Christopher Roth, Clemens Giuliani, Gabriel Pescia, Jannes Nys, Vladimir Vargas-Calderón, Nikita Astrakhantsev és Giuseppe Carleo. „NetKet 3: Machine Learning Toolbox for Many Body Quantum Systems”. SciPost Phys. CodebasesPage 7 (2022).
https:///doi.org/10.21468/SciPostPhysCodeb.7

[33] Panagiotis Kl. Barkoutsos, Jerome F. Gonthier, Igor Sokolov, Nikolaj Moll, Gian Salis, Andreas Fuhrer, Marc Ganzhorn, Daniel J. Egger, Matthias Troyer, Antonio Mezzacapo, Stefan Filipp és Ivano Tavernelli. „Kvantum algoritmusok elektronikus szerkezetszámításokhoz: Részecske-lyuk Hamilton és optimalizált hullámfüggvény-tágulások”. Phys. Rev. A 98, 022322 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.98.022322

[34] Bryan T. Gard, Linghua Zhu, George S. Barron, Nicholas J. Mayhall, Sophia E. Economou és Edwin Barnes. „Hatékony szimmetriamegőrző állapot-előkészítő áramkörök a variációs kvantum-sajátmegoldó algoritmushoz”. npj Quantum Information 6, 10 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0240-1

[35] Dave Wecker, Matthew B. Hastings és Matthias Troyer. „Előrelépés a gyakorlati kvantumvariációs algoritmusok felé”. Phys. Rev. A 92, 042303 (2015).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.92.042303

[36] M. Ganzhorn, DJ Egger, P. Barkoutsos, P. Ollitrault, G. Salis, N. Moll, M. Roth, A. Fuhrer, P. Mueller, S. Woerner, I. Tavernelli és S. Filipp. „Molekuláris sajátállapotok kapuhatékony szimulációja kvantumszámítógépen”. Phys. Rev. Appl. 11, 044092 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.11.044092

[37] PJJ O'Malley, R. Babbush, ID Kivlichan, J. Romero, JR McClean, R. Barends, J. Kelly, P. Roushan, A. Tranter, N. Ding, B. Campbell, Y. Chen, Z. Chen , B. Chiaro, A. Dunsworth, AG Fowler, E. Jeffrey, E. Lucero, A. Megrant, JY Mutus, M. Neeley, C. Neill, C. Quintana, D. Sank, A. Vainsencher, J. Wenner , TC White, PV Coveney, PJ Love, H. Neven, A. Aspuru-Guzik és JM Martinis. „Molekuláris energiák skálázható kvantumszimulációja”. Phys. Rev. X 6, 031007 (2016).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.6.031007

[38] Zhang Jiang, Kevin J. Sung, Kostyantyn Kechedzhi, Vadim N. Smelyanskiy és Sergio Boixo. „Kvantumalgoritmusok a korrelált fermionok soktest-fizikájának szimulálására”. Phys. Rev. Appl. 9, 044036 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.9.044036

[39] Laura Clinton, Johannes Bausch és Toby Cubitt. „Hamiltoni szimulációs algoritmusok rövid távú kvantumhardverekhez”. Nature Communications 12, 4989 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25196-0

[40] William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nicholas C. Rubin, Zhang Jiang, Nathan Wiebe, K. Birgitta Whaley és Ryan Babbush. „Hatékony és zajtűrő mérések kvantumkémiához rövid távú kvantumszámítógépeken”. npj Quantum Information 7, 23 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41534-020-00341-7

[41] Ophelia Crawford, Barnaby van Straaten, Daochen Wang, Thomas Parks, Earl Campbell és Stephen Brierley. „Pauli operátorok hatékony kvantummérése véges mintavételi hiba jelenlétében”. Quantum 5, 385 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-01-20-385

[42] Pranav Gokhale, Olivia Angiuli, Yongshan Ding, Kaiwen Gui, Teague Tomesh, Martin Suchara, Margaret Martonosi és Frederic T. Chong. „$O(N^3)$ mérési költség a variációs kvantum-sajátmegoldóhoz molekuláris hamiltonián”. IEEE Transactions on Quantum Engineering 1, 1–24 (2020).
https:///doi.org/10.1109/TQE.2020.3035814

[43] Artur F Izmaylov, Tzu-Ching Yen és Ilya G Ryabinkin. „A mérési folyamat felülvizsgálata a variációs kvantum-sajátmegoldóban: lehetséges-e csökkenteni a külön mért operátorok számát?”. Chemical Science 10, 3746–3755 (2019).
https:///doi.org/10.1039/C8SC05592K

[44] Pranav Gokhale, Olivia Angiuli, Yongshan Ding, Kaiwen Gui, Teague Tomesh, Martin Suchara, Margaret Martonosi és Frederic T. Chong. „Az állapot-előkészítések minimalizálása a variációs kvantum-sajátmegoldóban ingázási családokra való felosztással” (2019).

[45] Zhenyu Cai. „Erőforrás becslés a Hubbard-modell kvantumvariációs szimulációihoz”. Phys. Rev. Appl. 14, 014059 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.14.014059

[46] David B. Kaplan és Jesse R. Stryker. „Gauss törvénye, dualitása és az u(1) rácsmérő elmélet hamiltoni megfogalmazása”. Phys. Rev. D 102, 094515 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.102.094515

[47] Giulia Mazzola, Simon V. Mathis, Guglielmo Mazzola és Ivano Tavernelli. „Mérmérséklet-invariáns kvantumáramkörök $u$(1) és Yang-Mills rácsmérő elméletekhez”. Phys. Rev. Res. 3, 043209 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.043209

[48] Tatiana A. Bespalova és Oleksandr Kyriienko. „Kvantumszimuláció és alapállapot-előkészítés a méhsejt-kitajev modellhez” (2021).

[49] Ville Bergholm, Josh Izaac, Maria Schuld, Christian Gogolin, Shahnawaz Ahmed, Vishnu Ajith, M. Sohaib Alam, Guillermo Alonso-Linaje, B. AkashNarayanan, Ali Asadi, Juan Miguel Arrazola, Utkarsh Carsten, Thomas R. Azad, Sam Banning Bromley, Benjamin A. Cordier, Jack Ceroni, Alain Delgado, Olivia Di Matteo, Amintor Dusko, Tanya Garg, Diego Guala, Anthony Hayes, Ryan Hill, Aroosa Ijaz, Theodor Isacsson, David Ittah, Soran Jahangiri, Prateek Jain, Edward Jiang, Ankit Khandelwal, Korbinian Kottmann, Robert A. Lang, Christina Lee, Thomas Loke, Angus Lowe, Keri McKiernan, Johannes Jakob Meyer, JA Montañez-Barrera, Romain Moyard, Zeyue Niu, Lee James O'Riordan, Steven Oud, Ashish Panigrahi, Chae-Yeun Park, Daniel Polatajko, Nicolás Quesada, Chase Roberts, Nahum Sá, Isidor Schoch, Borun Shi, Shuli Shu, Sukin Sim, Arshpreet Singh, Ingrid Strandberg, Jay Soni, Száva Antal, Slimane Thabet, Rodrigo A. Vargas-Hernández , Trevor Vincent, Nicola Vitucci, Maurice Weber, David Wierichs, Roeland Wiersema, Moritz Willmann, Vincent Wong, Shaoming Zhang és Nathan Killoran. „Pennylane: A hibrid kvantum-klasszikus számítások automatikus differenciálása” (2018).

Idézi

[1] Liubov A. Markovich, Attaallah Almasi, Sina Zeytinoğlu és Johannes Borregaard, „Quantum memory assisted observable estimation”, arXiv: 2212.07710, (2022).

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-02-22 05:28:22). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

Nem sikerült lekérni Az adatok által hivatkozott kereszthivatkozás utolsó próbálkozáskor 2023-02-22 05:28:21: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2023-02-21-930 hivatkozás által hivatkozott adatokat a Crossref-től. Ez normális, ha a DOI-t nemrég regisztrálták.

Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.

SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
Forrás: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-21-930/

Időbélyeg: Február 21, 2023

Időbélyeg: 20. november 2023.

Kvantumáramkörök helyi fermion-qubit leképezések megoldására

Újra kiadta Platón

Absztrakt

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

A kvantumcsatorna vagy annak komplementere koherens információja általában pozitív

Stabilizátor entrópiák és nem stabilizáló monotonok

Kvantumkapacitás és kódok a bozonikus veszteség-dephading csatorna számára

Szoros Cramér-Rao típusú határok a többparaméteres kvantummetrológiához a kúpos programozás révén

A kvantum hatékony elválasztása a klasszikus korrelációktól fix töltésű vegyes állapotok esetén

Az oksági dinamika lokális interakciókat jelent?

Disszipáció, mint erőforrás a Quantum Reservoir Computing számára

Valence-Bond szilárd anyagok variációs kvantumszimulációja

Matematikai keret a működési finomhangolásokhoz

Szinergikus kvantumhiba-csökkentés véletlenszerű fordítással és nulla zaj extrapolációval a variációs kvantum-sajátmegoldóhoz

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók