1IBM Quantum, MIT-IBM Watson AI Lab, Cambridge, Massachusetts 02142, USA
2Department of Computer Science and Engineering, Pennsylvania State University
3IBM Quantum, Thomas J Watson Research Center, Yorktown Heights, New York 10598, USA
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
A promising avenue for the preparation of Gibbs states on a quantum computer is to simulate the physical thermalization process. The Davies generator describes the dynamics of an open quantum system that is in contact with a heat bath. Crucially, it does not require simulation of the heat bath itself, only the system we hope to thermalize. Using the state-of-the-art techniques for quantum simulation of the Lindblad equation, we devise a technique for the preparation of Gibbs states via thermalization as specified by the Davies generator.
In doing so, we encounter a severe technical challenge: implementation of the Davies generator demands the ability to estimate the energy of the system unambiguously. That is, each energy of the system must be deterministically mapped to a unique estimate. Previous work showed that this is only possible if the system satisfies an unphysical ’rounding promise’ assumption. We solve this problem by engineering a random ensemble of rounding promises that simultaneously solves three problems: First, each rounding promise admits preparation of a ‘promised’ thermal state via a Davies generator. Second, these Davies generators have a similar mixing time as the ideal Davies generator. Third, the average of these promised thermal states approximates the ideal thermal state.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] Álvaro M Alhambra. Quantum many-body systems in thermal equilibrium. arXiv:2204.08349, 2022.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2204.08349
arXiv: 2204.08349
[2] Sergey Bravyi, Anirban Chowdhury, David Gosset, and Pawel Wocjan. On the complexity of quantum partition functions. arXiv:2110.15466, 2021.
https://doi.org/10.1038/s41567-022-01742-5
arXiv: 2110.15466
[3] Fernando G. S. L. Brandão, Amir Kalev, Tongyang Li, Cedric Yen-Yu Lin, Krysta M. Svore, and Xiaodi Wu. Quantum SDP solvers: Large speed-ups, optimality, and applications to quantum learning. In 46th International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP 2017), volume 132, page 27, 2019.
https:///doi.org/10.4230/LIPIcs.ICALP.2019.27
[4] Heinz-Peter Breuer and Francesco Petruccione. The Theory of Open Quantum Systems. Oxford University Press, 2002.
https:///doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199213900.001.0001
[5] Chi-Fang Chen and Fernando GSL Brandão. Fast thermalization from the eigenstate thermalization hypothesis. arXiv:2112.07646, 2021.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2112.07646
arXiv: 2112.07646
[6] Chi-Fang Chen, Michael J. Kastoryano, Fernando G. S. L. Brandão, and András Gilyén. Quantum thermal state preparation. arXiv:2303.18224, 2023.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.02051
arXiv: 2303.18224
[7] Anirban Narayan Chowdhury and Rolando D Somma. Quantum algorithms for Gibbs sampling and hitting-time estimation. Quantum Information & Computation, 17(1-2):41–64, 2017.
https:///doi.org/10.26421/QIC17.1-2-3
[8] Richard Cleve and Chunhao Wang. Efficient quantum algorithms for simulating Lindblad evolution. arXiv:1612.09512 Proceedings of the 44th International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP 2017), 2017.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1612.09512
arXiv: 1612.09512
[9] Edward Brian Davies. Quantum Theory of Open Systems. Academic Press, 1976.
[10] Edward Brian Davies. Generators of dynamical semigroups. Journal of Functional Analysis, 34(3):421–432, 1979.
https://doi.org/10.1016/0022-1236(79)90085-5
[11] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low, and Nathan Wiebe. Quantum singular value transformation and beyond: exponential improvements for quantum matrix arithmetics. In Proceedings of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing (STOC 2019), pages 193–204, 2019.
https:///doi.org/10.1145/3313276.3316366
[12] Zoe Holmes, Gopikrishnan Muraleedharan, Rolando D. Somma, Yigit Subasi, and Burak Şahinoğlu. Quantum algorithms from fluctuation theorems: Thermal-state preparation. Quantum, 6:825, October 2022.
https://doi.org/10.22331/q-2022-10-06-825
[13] Mária Kieferová and Nathan Wiebe. Tomography and generative training with quantum Boltzmann machines. Physical Review A, 96(6):062327, 2017.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.96.062327
[14] Guang Hao Low and Isaac L Chuang. Hamiltonian simulation by uniform spectral amplification. arXiv:1707.05391, 2017.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.1707.05391
arXiv: 1707.05391
[15] Goran Lindblad. On the generators of quantum dynamical semigroups. Communications in Mathematical Physics, 48(2):119–130, 1976.
https:///doi.org/10.1007/BF01608499
[16] Xiantao Li and Chunhao Wang. Simulating Markovian open quantum systems using higher-order series expansion. 2212.02051, 2022.
https:///doi.org/10.48550/arXiv.2212.02051
[17] John M Martyn, Zane M Rossi, Andrew K Tan, and Isaac L Chuang. Grand unification of quantum algorithms. PRX Quantum, 2(4):040203, 2021.
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040203
[18] Davide Nigro. On the uniqueness of the steady-state solution of the Lindblad–gorini–Kossakowski–Sudarshan equation. Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, 2019(4):043202, 2019.
https://doi.org/10.1088/1742-5468/ab0c1c
[19] David Poulin and Pawel Wocjan. Sampling from the thermal quantum Gibbs state and evaluating partition functions with a quantum computer. Physical Review Letters, 103(22):220502, 2009.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.220502
[20] Patrick Rall. Faster coherent quantum algorithms for phase, energy, and amplitude estimation. Quantum, 5:566, 2021.
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[21] S. Slezak and E. Crosson. Eigenstate thermalization and quantum Metropolis sampling, 2022. Presentation at QIP 2022. https://youtu.be/by4rvu7RMtY.
https://youtu.be/by4rvu7RMtY
[22] Herbert Spohn. An algebraic condition for the approach to equilibrium of an open $n$-level system. Letters in Mathematical Physics, 2(1):33–38, 1977.
https:///doi.org/10.1007/BF00420668
[23] Kristan Temme, Tobias J Osborne, Karl G Vollbrecht, David Poulin, and Frank Verstraete. Quantum Metropolis sampling. Nature, 471(7336):87–90, 2011.
https:///doi.org/10.1038/nature09770
[24] Joran van Apeldoorn and András Gilyén. Improvements in quantum SDP-solving with applications. In Proceedings of the 46th International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP 2019), 2019.
https:///doi.org/10.4230/LIPIcs.ICALP.2019.99
[25] Joran Van Apeldoorn, András Gilyén, Sander Gribling, and Ronald de Wolf. Quantum SDP-solvers: Better upper and lower bounds. Quantum, 4:230, 2020.
https://doi.org/10.22331/q-2020-02-14-230
[26] John Watrous. A kvantuminformáció elmélete. Cambridge University Press, 2018.
https:///doi.org/10.5555/3240076
[27] Pawel Wocjan and Kristan Temme. Szegedy walk unitaries for quantum maps. Commun. Math. Phys., 2023.
https://doi.org/10.1007/s00220-023-04797-4
Idézi
[1] Alexander M. Dalzell, Sam McArdle, Mario Berta, Przemyslaw Bienias, Chi-Fang Chen, Gilyén András, Connor T. Hann, Michael J. Kastoryano, Emil T. Khabiboulline, Aleksander Kubica, Grant Salton, Samson Wang és Fernando GSL Brandão, „Kvantum algoritmusok: Az alkalmazások és a végpontok közötti bonyolultságok felmérése”, arXiv: 2310.03011, (2023).
[2] Mirko Consiglio, “Variational Quantum Algorithms for Gibbs State Preparation”, arXiv: 2305.17713, (2023).
[3] Xiantao Li and Chunhao Wang, “Simulating Markovian open quantum systems using higher-order series expansion”, arXiv: 2212.02051, (2022).
[4] Chi-Fang Chen, Hsin-Yuan Huang, John Preskill, and Leo Zhou, “Local minima in quantum systems”, arXiv: 2309.16596, (2023).
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-10-13 15:50:33). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2023-10-13 15:50:31).
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.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-10-10-1132/
- :is
- :nem
- 001
- 1
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15%
- 16
- 17
- 19
- 20
- 2011
- 2017
- 2018
- 2019
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26%
- 27
- 31
- 33
- 50
- 7
- 8
- 9
- a
- képesség
- felett
- KIVONAT
- egyetemi
- hozzáférés
- ACM
- hovatartozás
- AI
- Alexander
- algoritmusok
- Minden termék
- Erősítés
- an
- elemzés
- és a
- Andrew
- évi
- alkalmazások
- megközelítés
- közelít
- VANNAK
- AS
- feltevés
- At
- kísérlet
- szerző
- szerzők
- Sugárút
- átlagos
- BE
- Jobb
- Túl
- határokat
- szünet
- Brian
- by
- Cambridge
- Központ
- kihívás
- chen
- ÖSSZEFÜGGŐ
- megjegyzés
- köznép
- távközlés
- teljes
- bonyodalmak
- bonyolultság
- számítás
- számítógép
- Computer Science
- számítástechnika
- feltétel
- kapcsolat
- copyright
- döntően
- dátum
- David
- igények
- valuta
- megvitatni
- nem
- Ennek
- dinamika
- e
- minden
- Edward
- hatékony
- emil
- végtől végig
- energia
- Mérnöki
- Egyensúlyi
- becslés
- értékelő
- evolúció
- terjeszkedés
- kísérlet
- exponenciális
- GYORS
- gyorsabb
- vezetéknév
- ingadozás
- A
- talált
- őszinte
- ból ből
- funkcionális
- funkciók
- nemző
- generátor
- generátorok
- nagy
- biztosít
- Harvard
- Legyen
- Magasság
- tartók
- remény
- HTTPS
- huang
- ideális
- if
- végrehajtás
- fejlesztések
- in
- információ
- intézmények
- érdekes
- Nemzetközi
- IT
- maga
- JavaScript
- János
- folyóirat
- Karl
- labor
- Nyelvek
- nagy
- keresztnév
- tanulás
- Szabadság
- LEO
- Li
- Engedély
- lin
- Lista
- helyi
- Elő/Utó
- alacsonyabb
- gép
- Térképek
- Mario
- Massachusetts
- matematikai
- matematikai
- Mátrix
- Lehet..
- mechanika
- Michael
- Keverés
- Hónap
- kell
- Természet
- Új
- New York
- nem
- Október
- október
- of
- on
- csak
- nyitva
- or
- eredeti
- Oxford
- Oxford Egyetem
- oldal
- oldalak
- Papír
- patrick
- Pennsylvania
- fázis
- fizikai
- Fizika
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- lehetséges
- előkészítés
- bemutatás
- nyomja meg a
- előző
- Probléma
- problémák
- Eljárás
- folyamat
- Programozás
- ígéret
- igért
- ígér
- biztató
- ad
- közzétett
- kiadó
- kiadók
- Kvantum
- kvantum algoritmusok
- Kvantum számítógép
- kvantuminformáció
- kvantumrendszerek
- véletlen
- referenciák
- maradványok
- szükség
- kutatás
- Kritika
- Richard
- kerekítés
- s
- Sam
- SC22
- Tudomány
- SDP
- Második
- Series of
- szigorú
- kimutatta,
- hasonló
- tettetés
- egyszerre
- egyedülálló
- So
- megoldások
- SOLVE
- Megoldja
- meghatározott
- Spektrális
- Állami
- csúcs-
- Államok
- statisztikai
- sikeresen
- ilyen
- megfelelő
- Felmérés
- Szimpózium
- rendszer
- Systems
- Műszaki
- technika
- technikák
- hogy
- A
- azok
- elmélet
- termikus
- Ezek
- Harmadik
- ezt
- három
- idő
- Cím
- nak nek
- Képzések
- Átalakítás
- alatt
- egyedi
- egyediség
- egyetemi
- frissítve
- URL
- segítségével
- érték
- keresztül
- vollbrecht
- kötet
- séta
- akar
- volt
- Watson
- we
- val vel
- Farkas
- Munka
- művek
- wu
- év
- york
- Yuan
- zephyrnet