1Quantinuum, 13-15 Hills Road, CB2 1NL, Cambridge, Egyesült Királyság
2Yusuf Hamied Kémiai Tanszék, Cambridge-i Egyetem, Cambridge, Egyesült Királyság
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
A szubtér-diagonalizációs módszerek a közelmúltban ígéretes eszközökként jelentek meg a molekuláris Hamilton-féle alapállapotok és néhány gerjesztett állapot elérésére kis mátrixok klasszikus átlósításával, amelyek elemeit kvantumszámítógéppel hatékonyan meg lehet nyerni. A közelmúltban javasolt Variational Quantum Phase Estimation (VQPE) algoritmus valós időben kialakult állapotok alapját használja, amelyek energia-sajátértékei közvetlenül a $U=e^{-iH{Delta}t}$ unitárius mátrixból nyerhetők, amely a felhasznált állapotok számában lineáris költséggel számolható. Ebben a cikkben a VQPE áramkör-alapú megvalósításáról számolunk be tetszőleges molekuláris rendszerekhez, és értékeljük teljesítményét és költségeit a $H_2$, $H_3^+$ és $H_6$ molekulák esetében. Javasoljuk továbbá a Variational Fast Forwarding (VFF) használatát az idő-evolúciós áramkörök kvantummélységének csökkentésére a VQPE-ben. Megmutatjuk, hogy a közelítés jó alapot ad a Hamilton-diagonalizációhoz még akkor is, ha a valós időben kialakult állapotokhoz való hűsége alacsony. Nagy pontosságú esetben megmutatjuk, hogy a közelítő unitárius U diagonalizálható helyette, megőrizve a pontos VQPE lineáris költségét.
Népszerű összefoglaló
Ez a munka a Variational Quantum Phase Estimation (VQPE) algoritmuson alapul, amely az időfejlődési operátort használja olyan bázisállapotok generálására, amelyek matematikailag kényelmes tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek közül a sajátfüggvények magából az időfejlődési operátor mátrixából számíthatók ki, amely lineáris számú különálló elemet tartalmaz egy egységes időrácshoz. Mindazonáltal az időfejlődési operátor kvantumeszközön való kifejezésének hagyományos megközelítései, például a Trotterised time-evolúció, a kémia hamiltoniak számára megoldhatatlanul mély kvantumáramkörökhöz vezetnek.
Ezt a módszert kombináljuk a Variational Fast Forwarding (VFF) megközelítéssel, amely állandó áramkör-mélység közelítést generál az időfejlődési operátorhoz. Megmutatjuk, hogy a módszer akkor is jól konvergál, ha a VFF közelítés nem túl pontos. Ha igen, akkor ugyanazokat a költségcsökkentési tulajdonságokat tudja kihasználni, mint az eredeti VQPE algoritmus, így az algoritmus sokkal jobban alkalmazható a NISQ hardver számára.
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] John Preskill. „Kvantumszámítástechnika a NISQ-korszakban és azon túl”. Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79
[2] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik és Jeremy L O'Brien. „Változatos sajátérték-megoldó fotonikus kvantumprocesszoron”. Nat. Commun. 5, 4213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213
[3] 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
[4] Cornelius Hempel, Christine Maier, Jonathan Romero, Jarrod McClean, Thomas Monz, Heng Shen, Petar Jurcevic, Ben P. Lanyon, Peter Love, Ryan Babbush, Alán Aspuru-Guzik, Rainer Blatt és Christian F. Roos. „Kvantumkémiai számítások csapdába esett kvantumszimulátoron”. Phys. Rev. X 8, 031022 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.031022
[5] Sam McArdle, Tyson Jones, Suguru Endo, Ying Li, Simon C. Benjamin és Xiao Yuan. „A képzeletbeli időfejlődés variációs ansatz-alapú kvantumszimulációja”. npj Quantum Info. 5, 75 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0187-2
[6] Robert M. Parrish és Peter L. McMahon. „Kvantumszűrő diagonalizáció: Kvantum sajátdekompozíció teljes kvantumfázis-becslés nélkül” (2019). arXiv:1909.08925.
arXiv: 1909.08925
[7] Egy Yu Kitaev. „Kvantummérés és az Abel-stabilizátor probléma” (1995). arXiv:quant-ph/9511026.
arXiv:quant-ph/9511026
[8] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D. Dutoi, Peter J. Love és Martin Head-Gordon. „Kémia: Molekuláris energiák szimulált kvantumszámítása”. Science 309, 1704–1707 (2005).
https:///doi.org/10.1126/science.1113479
[9] Katherine Klymko, Carlos Mejuto-Zaera, Stephen J. Cotton, Filip Wudarski, Miroslav Urbanek, Diptarka Hait, Martin Head-Gordon, K. Birgitta Whaley, Jonathan Moussa, Nathan Wiebe, Wibe A. de Jong és Norm M. Tubman. „Valós idejű evolúció ultrakompakt hamiltoni sajátállapotokhoz kvantumhardveren”. PRX Quantum 3, 020323 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.020323
[10] Jarrod R. McClean, Mollie E. Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter és Wibe A. de Jong. „Hibrid kvantum-klasszikus hierarchia a dekoherencia mérséklésére és a gerjesztett állapotok meghatározására”. Phys. Rev. A 95, 042308 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.95.042308
[11] William J Huggins, Joonho Lee, Unpil Baek, Bryan O'Gorman és K Birgitta Whaley. „Egy nem ortogonális variációs kvantum-sajátmegoldó”. Új J. Phys. 22 (2020). arXiv:1909.09114.
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ab867b
arXiv: 1909.09114
[12] Mario Motta, Chong Sun, Adrian TK Tan, Matthew J. O'Rourke, Erika Ye, Austin J. Minnich, Fernando GSL Brandão és Garnet Kin-Lic Chan. „Sajátállapotok és termikus állapotok meghatározása kvantumszámítógépen kvantumképzetes időfejlődés segítségével”. Nat. Phys. 16, 231 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41567-019-0704-4
[13] Nicholas H. Stair, Renke Huang és Francesco A. Evangelista. „Többreferencia kvantumkrilov algoritmus erősen korrelált elektronokhoz”. J. Chem. Theory Comput. 16, 2236–2245 (2020).
https:///doi.org/10.1021/acs.jctc.9b01125
[14] Cristian L. Cortes és Stephen K. Gray. „Kvantumkrilov altér algoritmusok alap- és gerjesztett állapotú energiabecsléshez”. Phys. Rev. A 105, 022417 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.105.022417
[15] GH Golub és CF Van Loan. „Matrix számítások”. A North Oxford Academic puhakötésű. North Oxford Academic. (1983).
https:///doi.org/10.56021/9781421407944
[16] Cristina Cı̂rstoiu, Zoë Holmes, Joseph Iosue, Lukasz Cincio, Patrick J Coles és Andrew Sornborger. „Variációs gyorstovábbítás kvantumszimulációhoz a koherenciaidőn túl”. npj Quantum Inf. 6, 82 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41534-020-00302-0
[17] Joe Gibbs, Kaitlin Gili, Zoë Holmes, Benjamin Commeau, Andrew Arrasmith, Lukasz Cincio, Patrick J. Coles és Andrew Sornborger. „Hosszú távú szimulációk nagy pontossággal kvantumhardveren” (2021). arXiv:2102.04313.
arXiv: 2102.04313
[18] A. Krilov. „De la résolution numérique de l'équation servant à déterminer dans des questions de mécanique appliquée les fréquences de petites oscillations des systemes matériels.”. Bika. Acad. Sci. URSS 1931, 491–539 (1931).
[19] P. Jordan és E. Wigner. „Über das Paulische Äquivalenzverbot”. Z. Phys. 47, 631–651 (1928).
https:///doi.org/10.1007/BF01331938
[20] Sergey B. Bravyi és Alexei Yu Kitaev. „Fermionikus kvantumszámítás”. Ann. Phys. 298, 210–226 (2002).
https:///doi.org/10.1006/aphy.2002.6254
[21] Alexander Cowtan, Silas Dilkes, Ross Duncan, Will Simmons és Seyon Sivarajah. „Fázisos modulszintézis sekély áramkörökhöz”. EPTCS 318, 213–228 (2020).
https:///doi.org/10.4204/EPTCS.318.13
[22] Hans Hon Sang Chan, David Muñoz Ramo és Nathan Fitzpatrick. „Nem egységes dinamika szimulálása kvantumjelfeldolgozással egységes blokkkódolással” (2023). arXiv:2303.06161.
arXiv: 2303.06161
[23] 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 Inf. 6, 10 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0240-1
[24] Kyle Poland, Kerstin Beer és Tobias J. Osborne. „Nincs ingyenes ebéd a kvantumgépi tanuláshoz” (2020).
[25] Qiskit közreműködők. „Qiskit: Nyílt forráskódú keretrendszer a kvantumszámításhoz” (2023).
[26] Andrew Tranter, Cono Di Paola, David Zsolt Manrique, David Muñoz Ramo, Duncan Gowland, Evgeny Plekhanov, Gabriel Greene-Diniz, Georgia Christopoulou, Georgia Prokopiou, Harry Keen, Iakov Polyak, Irfan Khan, Jerzy Pilipczuk, Josh Kirsopp, Kentaro Yamamoto Maria Tudorovskaya, Michal Krompiec, Michelle Sze és Nathan Fitzpatrick. „InQuanto: Quantum Computational Chemistry” (2022). 2. verzió.
[27] DC Liu és J Nocedal. „A korlátozott memóriájú bfgs módszerről nagy léptékű optimalizáláshoz”. Math. Program. 45, 503–528 (1989).
https:///doi.org/10.1007/BF01589116
[28] Kaoru Mizuta, Yuya O. Nakagawa, Kosuke Mitarai és Keisuke Fujii. „A nagyléptékű Hamilton-dinamika helyi variációs kvantum-összeállítása”. PRX Quantum 3, 040302 (2022). url: https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.040302.
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.040302
[29] Norbert M. Linke, Dmitri Maslov, Martin Roetteler, Shantanu Debnath, Caroline Figgatt, Kevin A. Landsman, Kenneth Wright és Christopher Monroe. „Két kvantumszámítási architektúra kísérleti összehasonlítása”. PNAS 114, 3305–3310 (2017).
https:///doi.org/10.1073/pnas.1618020114
[30] Andrew M. Childs, Yuan Su, Minh C. Tran, Nathan Wiebe és Shuchen Zhu. „Az ügetőhiba elmélete kommutátor skálázással”. Phys. Rev. X 11, 011020 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.11.011020
[31] Yosi Atia és Dorit Aharonov. „A hamiltoniak előregyorsítása és az exponenciálisan pontos mérések”. Nat. Commun. 8, 1572 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[32] Kentaro Yamamoto, Samuel Duffield, Yuta Kikuchi és David Muñoz Ramo. „Bayes-féle kvantumfázis-becslés demonstrálása kvantumhiba-detektálással” (2023). arXiv:2306.16608.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.6.013221
arXiv: 2306.16608
[33] D. Jaksch, JI Cirac, P. Zoller, SL Rolston, R. Côté és MD Lukin. „Gyors kvantumkapuk semleges atomokhoz”. Phys. Rev. Lett. 85, 2208–2211 (2000).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.2208
[34] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann és Michael Sipser. „Kvantumszámítás adiabatikus evolúcióval” (2000). arXiv:quant-ph/0001106.
arXiv:quant-ph/0001106
[35] Edward Farhi, Jeffrey Goldstone, Sam Gutmann, Joshua Lapan, Andrew Lundgren és Daniel Preda. „Egy kvantumadiabatikus evolúciós algoritmus egy np-teljes probléma véletlenszerű példányaira alkalmazva”. Science 292, 472–475 (2001).
https:///doi.org/10.1126/science.1057726
Idézi
[1] Francois Jamet, Connor Lenihan, Lachlan P. Lindoy, Abhishek Agarwal, Enrico Fontana, Baptiste Anselme Martin és Ivan Rungger, „Anderson szennyeződésmegoldó, tenzorhálózati módszerek integrálása kvantumszámítással”, arXiv: 2304.06587, (2023).
A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2024-03-13 11:18:50). 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 2024-03-13 11:18:49: Nem sikerült lekérni a 10.22331/q-2024-03-13-1278 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.
- 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-2024-03-13-1278/
- :van
- :is
- :nem
- :ahol
- ][p
- 1
- 10
- 11
- 114
- 12
- 13
- 14
- 15%
- 16
- 17
- 19
- 1995
- 20
- 2000
- 2001
- 2005
- 2014
- 2016
- 2017
- 2018
- 2019
- 2020
- 2021
- 2022
- 2023
- 22
- 23
- 24
- 25
- 26%
- 27
- 28
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- 35%
- 49
- 50
- 7
- 75
- 8
- 9
- a
- felett
- KIVONAT
- egyetemi
- hozzáférés
- pontos
- adrian
- Előny
- hovatartozás
- Alexander
- algoritmus
- algoritmusok
- Minden termék
- Is
- elfogadható
- között
- an
- és a
- Anderson
- Andrew
- ann
- Anthony
- megjelent
- Alkalmazás
- alkalmazott
- megközelítés
- megközelít
- hozzávetőleges
- önkényes
- architektúrák
- VANNAK
- AS
- értékeli
- kísérlet
- Austin
- szerző
- szerzők
- alapján
- alap
- bayesi
- BE
- sör
- am
- Benjámin
- Túl
- Blokk
- mindkét
- szünet
- Bryan
- bika
- by
- számít
- kiszámítása
- számítások
- Cambridge
- Campbell
- TUD
- carlos
- caroline
- eset
- chan
- kémia
- chen
- chong
- keresztény
- Christine
- Christopher
- össze
- kombinálása
- megjegyzés
- köznép
- összehasonlítás
- teljes
- számítás
- számítási
- számítások
- számított
- számítógép
- számítógépek
- számítástechnika
- közreműködők
- vezérelt
- Kényelmes
- hagyományos
- copyright
- Költség
- kiadások
- tudott
- Daniel
- dátum
- David
- de
- csökkenés
- mély
- osztály
- mélység
- Érzékelés
- meghatározás
- eszköz
- közvetlenül
- megvitatni
- különböző
- Duncan
- alatt
- dinamika
- e
- Edward
- Edwin
- eredményesen
- elektronok
- elemek
- kódolás
- energia
- Ez volt
- Erika
- hiba
- Még
- evolúció
- alakult ki
- pontos
- izgatott
- exponenciálisan
- kifejező
- rendkívüli módon
- GYORS
- hűség
- Fields
- szűrő
- Fitzpatrick
- A
- Keretrendszer
- Ingyenes
- ból ből
- Tele
- funkció
- Gates
- generál
- generált
- generál
- György
- Grúzia
- Ad
- jó
- szürke
- Rács
- Földi
- Hans
- hardver
- Harvard
- Legyen
- hierarchia
- Magas
- Hills
- tartók
- HTTPS
- huang
- i
- if
- kép
- képzeletbeli
- Hatás
- végrehajtás
- in
- info
- helyette
- intézmények
- integrálása
- érdekes
- Nemzetközi
- IT
- ITS
- maga
- ivan
- JavaScript
- jeffrey
- Jeremy
- JOE
- János
- Jonatán
- jones
- Jordánia
- joshua
- folyóirat
- Lelkes
- kenneth
- Kyle
- nagy
- nagyarányú
- keresztnév
- vezet
- tanulás
- Szabadság
- Lee
- Li
- Engedély
- Korlátozott
- lineáris
- Lista
- hitel
- szerelem
- Elő/Utó
- ebéd
- gép
- gépi tanulás
- Maier
- Gyártás
- mar
- maria
- Mario
- Márton
- matematikai
- matematikailag
- Mátrix
- matthew
- max-width
- Lehet..
- mcclean
- eszközök
- mérések
- Memory design
- módszer
- mód
- Michael
- Michelle
- enyhítés
- molekuláris
- Hónap
- több
- sok
- Nathan
- hálózat
- Semleges
- Mindazonáltal
- Új
- miklós
- normális
- Északi
- szám
- kapott
- megszerzése
- of
- on
- ONE
- nyitva
- nyílt forráskódú
- operátor
- optimalizálás
- or
- eredeti
- Oxford
- oldalak
- Papír
- különös
- patrick
- teljesítmény
- kimerül
- fázis
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- Lengyelország
- pontos
- előkészítés
- megőrzése
- Probléma
- feldolgozás
- Processzor
- biztató
- ingatlanait
- javasol
- javasolt
- ad
- biztosít
- közzétett
- kiadó
- kiadók
- qiskit
- Kvantum
- Kvantum számítógép
- kvantum számítógépek
- kvantumszámítás
- kvantum gépi tanulás
- Kérdések
- R
- véletlen
- igazi
- nemrég
- referenciák
- nyilvántartott
- maradványok
- megismételt
- jelentést
- út
- ROBERT
- Ryan
- s
- Sam
- azonos
- Skála
- skálázás
- SCI
- Tudomány
- Series of
- sekély
- előadás
- Jel
- Simon
- tettetés
- szimulációk
- szimulátor
- kicsi
- néhány
- sophia
- Hely
- Spektrum
- Állami
- Államok
- István
- erősen
- sikeresen
- ilyen
- megfelelő
- nap
- szintézis
- Systems
- Vesz
- technikák
- hogy
- A
- A Mátrix
- azok
- akkor
- elmélet
- termikus
- Ezek
- ezt
- Tamás
- idő
- Cím
- nak nek
- igaz
- kettő
- alatt
- Egyesült
- egyetemi
- cambridge-i egyetem
- frissítve
- URL
- használ
- használt
- használ
- segítségével
- változat
- kötet
- akar
- volt
- hullám
- we
- JÓL
- amikor
- ami
- fehér
- akinek
- lesz
- william
- val vel
- nélkül
- Munka
- Wright
- X
- xiao
- Ye
- év
- IGEN
- Yuan
- zephyrnet