1Számítástechnikai Tanszék, Texasi Egyetem, Austin, Austin, TX 78712, USA.
2Zapata Computing Inc., Boston, MA 02110, USA.
Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.
Absztrakt
Az alkalmazott kvantumszámítás terén jelentős erőfeszítéseket tettek a molekulák és anyagok alapállapot-energiabecslésének problémája. Ennek ellenére számos gyakorlati értékű alkalmazás esetén az alapállapot további tulajdonságait is meg kell becsülni. Ezek közé tartoznak a Green-függvények, amelyeket az anyagokban való elektrontranszport kiszámítására használnak, és a molekulák elektromos dipóljainak kiszámításához használt egyrészecskés csökkentett sűrűségű mátrixok. Ebben a cikkben egy kvantum-klasszikus hibrid algoritmust javasolunk az ilyen alapállapot-tulajdonságok hatékony, nagy pontosságú becslésére kis mélységű kvantumáramkörök használatával. Elemzést adunk a különféle költségekről (áramköri ismétlések, maximális fejlődési idő és várható teljes futási idő) a célpontosság, a spektrális rés és a kezdeti alapállapot átfedésének függvényében. Ez az algoritmus konkrét megközelítést javasol a korai hibatűrő kvantumszámítógépek alkalmazására az iparág szempontjából releváns molekuláris és anyagszámítások elvégzésére.
Népszerű összefoglaló
► BibTeX adatok
► Referenciák
[1] Yudong Cao, Jhonathan Romero és Alán Aspuru-Guzik. „A kvantumszámítás lehetősége a gyógyszerkutatásban”. IBM Journal of Research and Development 62, 6–1 (2018).
https:///doi.org/10.1147/JRD.2018.2888987
[2] Yudong Cao, Jonathan Romero, Jonathan P Olson, Matthias Degroote, Peter D Johnson, Mária Kieferová, Ian D Kivlichan, Tim Menke, Borja Peropadre, Nicolas PD Sawaya és mások. „Kvantumkémia a kvantumszámítástechnika korában”. Chemical Reviews 119, 10856–10915 (2019).
https:///doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00803
[3] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love és Martin Head-Gordon. „Molekuláris energiák szimulált kvantumszámítása”. Science 309, 1704–1707 (2005).
https:///doi.org/10.1126/science.1113479
[4] 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”. Nature Communications 5, 1–7 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213
[5] Yigal Meir és Ned S Wingreen. „Landauer-képlet egy kölcsönható elektronterületen áthaladó áramhoz”. Physical Review Letters 68, 2512 (1992).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.68.2512
[6] Frank Jensen. „Bevezetés a számítástechnikai kémiába”. John Wiley & Sons. (2017).
[7] Thomas E O'Brien, Bruno Senjean, Ramiro Sagastizabal, Xavier Bonet-Monroig, Alicja Dutkiewicz, Francesco Buda, Leonardo DiCarlo és Lucas Visscher. „Energiaszármazékok számítása kvantumkémiához kvantumszámítógépen”. npj Quantum Information 5, 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] Andris Ambainis. „A qma-nál valamivel nehezebb fizikai problémákról”. 2014-ben IEEE 29th Conference on Computational Complexity (CCC). 32–43. oldal. (2014).
https:///doi.org/10.1109/CCC.2014.12
[9] Sevag Gharibian és Justin Yirka. „A kvantumrendszereken végzett helyi mérések szimulációjának összetettsége”. Quantum 3, 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] Sevag Gharibian, Stephen Piddock és Justin Yirka. „Oracle Complexity Classes and Local Measurements on Physical Hamiltonians”. Christophe Paul és Markus Bläser, szerkesztők, 37. Nemzetközi Szimpózium a Számítástudomány elméleti vonatkozásairól (STACS 2020). Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 154. kötete, 20:1–20:37. Dagstuhl, Németország (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https:///doi.org/10.4230/LIPIcs.STACS.2020.20
[11] David Poulin és Pawel Wocjan. „Kvantum soktestes rendszerek alapállapotainak előkészítése kvantumszámítógépen”. Physical Review Letters 102, 130503 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura és J Ignacio Cirac. „Gyorsabb alapállapot-előkészítés és nagy pontosságú talajenergia-becslés kevesebb qubittel”. Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https:///doi.org/10.1063/1.5027484
[13] Lin Lin és Yu Tong. „Közel optimális alapállapot-előkészítés”. Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] Sam McArdle, Alexander Mayorov, Xiao Shan, Simon Benjamin és Xiao Yuan. „Molekuláris rezgések digitális kvantumszimulációja”. Chemical Science 10, 5725–5735 (2019).
https:///doi.org/10.1039/C9SC01313J
[15] Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan és Jhonathan Romero. „A gyakorlati kvantumelőnyhöz kapcsolódó kihívások azonosítása erőforrás-becslésen keresztül: a mérési akadály a variációs kvantum-sajátmegoldóban” (2020). arXiv:2012.04001.
arXiv: 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson és Yudong Cao. „A becslési futásidő minimalizálása zajos kvantumszámítógépeken”. PRX Quantum 2, 010346 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010346
[17] Ryan Babbush, Jarrod R McClean, Michael Newman, Craig Gidney, Sergio Boixo és Hartmut Neven. „Összpontosítson a négyzetes gyorsításokon túl a hibajavított kvantumelőny érdekében”. PRX Quantum 2, 010103 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.010103
[18] Kyle EC Booth, Bryan O'Gorman, Jeffrey Marshall, Stuart Hadfield és Eleanor Rieffel. „Kvantumgyorsított kényszerprogramozás”. Quantum 5, 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] Earl T Campbell. „A Hubbard-modell korai hibatűrő szimulációi”. Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/ac3110
[20] Lin Lin és Yu Tong. „Heisenberg-korlátozott alapállapot-energiabecslés korai hibatűrő kvantumszámítógépekhez”. PRX Quantum 3, 010318 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.010318
[21] David Layden. „Elsőrendű ügetőhiba másodrendű perspektívából”. Phys. Rev. Lett. 128, 210501 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.210501
[22] Rolando D Somma. „Kvantum sajátérték-becslés idősor-elemzéssel”. New Journal of Physics 21, 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] Laura Clinton, Johannes Bausch, Joel Klassen és Toby Cubitt. „A helyi hamiltoniak fázisbecslése nisq hardveren” (2021). arXiv:2110.13584.
arXiv: 2110.13584
[24] Patrick Rall. „Gyorsabb koherens kvantum-algoritmusok fázis-, energia- és amplitúdóbecsléshez”. Quantum 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] Dominic W Berry, Andrew M Childs, Richard Cleve, Robin Kothari és Rolando D Somma. „A hamiltoni dinamika szimulálása csonka taylor sorozattal”. Physical Review letters 114, 090502 (2015). url: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502
[26] Guang Hao Low és Isaac L Chuang. „Optimal Hamilton szimuláció kvantumjelfeldolgozással”. Physical Review letters 118, 010501 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.010501
[27] Andrew M Childs, Dmitri Maslov, Yunseong Nam, Neil J Ross és Yuan Su. „Az első kvantumszimuláció felé kvantumgyorsítással”. Proceedings of the National Academy of Sciences 115, 9456–9461 (2018).
https:///doi.org/10.1073/pnas.1801723115
[28] Guang Hao Low és Isaac L Chuang. „Hamiltoni szimuláció kvbitizálással”. Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz és Rolando D Somma. „A megfigyelhető értékek várható értékeinek optimális kvantummérései”. Physical Review A 75, 012328 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.75.012328
[30] James D. Watson, Johannes Bausch és Sevag Gharibian. „A transzlációsan invariáns problémák összetettsége az alapállapot-energiákon túl” (2020). arXiv:2012.12717.
arXiv: 2012.12717
[31] 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”. Nature Communications 5, 1–7 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213
[32] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush és Alán Aspuru-Guzik. „A variációs hibrid kvantum-klasszikus algoritmusok elmélete”. New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] Szabó Attila és Neil S Ostlund. „Modern kvantumkémia: bevezetés a fejlett elektronikus szerkezetelméletbe”. Courier Corporation. (2012).
[34] Sevag Gharibian és François Le Gall. „A kvantum szinguláris érték transzformáció dekvantálása: Keménység és alkalmazások a kvantumkémiában és a kvantum-pcp sejtésben”. In Proceedings of the 54th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. 19–32. oldal. (2022).
https:///doi.org/10.1145/3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén, and Stacey Jeffery. „A blokkkódolt mátrix erők ereje: továbbfejlesztett regressziós technikák gyorsabb Hamilton-szimuláción keresztül”. Christel Baier, Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini és Stefano Leonardi, szerkesztők, 46. Nemzetközi Kollokvium automatákkal, nyelvekkel és programozással (ICALP 2019). Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs) 132. kötete, 33:1–33:14. Dagstuhl, Németország (2019). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https:///doi.org/10.4230/LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] Gilyén András, Yuan Su, Guang Hao Low és Nathan Wiebe. „Kvantum szinguláris érték transzformáció és azon túl: exponenciális fejlesztések a kvantummátrix aritmetikában”. In Proceedings of the 51. Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. 193–204. oldal. (2019).
https:///doi.org/10.1145/3313276.3316366
[37] Patrick Rall. „Kvantumalgoritmusok a fizikai mennyiségek becsléséhez blokkkódolással”. Physical Review A 102, 022408 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.022408
[38] Yu Tong, Dong An, Nathan Wiebe és Lin Lin. „Gyors inverzió, előre kondicionált kvantumlineáris rendszermegoldók, gyors Green-függvény-számítás és mátrixfüggvények gyors kiértékelése”. Physical Review A 104, 032422 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.104.032422
[39] Julia E Rice, Tanvi P Gujarati, Mario Motta, Tyler Y Takeshita, Eunseok Lee, Joseph A Latone és Jeannette M Garcia. „Dománs termékek kvantumszámítása lítium-kén akkumulátorokban”. The Journal of Chemical Physics 154, 134115 (2021).
https:///doi.org/10.1063/5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen és Jeppe Olsen. „Molekuláris elektronszerkezet-elmélet”. John Wiley & Sons. (2014).
https:///doi.org/10.1002/9781119019572
[41] Jacob T Seeley, Martin J Richard és Peter J Love. „A bravyi-kitaev transzformáció az elektronikus szerkezet kvantumszámítására”. The Journal of Chemical physics 137, 224109 (2012).
https:///doi.org/10.1063/1.4768229
[42] Aram W Harrow, Avinatan Hassidim és Seth Lloyd. „Kvantumalgoritmus lineáris egyenletrendszerekhez”. Physical Review Letters 103, 150502 (2009).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.150502
[43] Andrew M Childs, Robin Kothari és Rolando D Somma. „Kvantumalgoritmus lineáris egyenletrendszerekhez, exponenciálisan megnövelt pontosságfüggőséggel”. SIAM Journal on Computing 46, 1920–1950 (2017).
https:///doi.org/10.1137/16M1087072
[44] Carlos Bravo-Prieto, Ryan LaRose, M. Cerezo, Yigit Subasi, Lukasz Cincio és Patrick J. Coles. „Variációs kvantum-lineáris megoldó” (2019). arXiv:1909.05820.
arXiv: 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti és Patrick Rebentrost. „Közeltávú kvantum algoritmusok regressziós veszteségfüggvényekkel rendelkező lineáris egyenletrendszerekhez”. New Journal of Physics 23, 113021 (2021).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma és Davide Orsucci. „Kvantumalgoritmusok lineáris egyenletrendszerekhez, amelyeket az adiabatikus kvantumszámítás ihletett”. Fizikai felülvizsgálati levél 122, 060504 (2019).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.060504
[47] Dong An és Lin Lin. „Időoptimális adiabatikus kvantumszámításon és kvantumközelítő optimalizáló algoritmuson alapuló kvantumlineáris rendszermegoldó”. ACM Transactions on Quantum Computing 3 (2022).
https:///doi.org/10.1145/3498331
[48] Lin Lin és Yu Tong. „Optimális polinom alapú kvantum-sajátállapot-szűrés kvantumlineáris rendszerek megoldására történő alkalmazással”. Quantum 4, 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] Rolando D Somma és Sergio Boixo. „Szektrális rés-erősítés”. SIAM Journal on Computing 42, 593–610 (2013).
https:///doi.org/10.1137/120871997
[50] Yosi Atia és Dorit Aharonov. „A hamiltoniak előregyorsítása és az exponenciálisan pontos mérések”. Nature Communications 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] Brielin Brown, Steven T Flammia és Norbert Schuch. „Az állapotsűrűség kiszámításának számítási nehézsége”. Physical Review letters 107, 040501 (2011).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.040501
[52] Stephen P Jordan, David Gosset és Peter J Love. „Kvantum-merlin-arthur – komplett problémák stoquasztikus hamiltoniánokhoz és markov-mátrixokhoz”. Physical Review A 81, 032331 (2010).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.81.032331
[53] Sevag Gharibian és Jamie Sikora. „A helyi hamiltoniak földi állapotú összeköttetése”. ACM Trans. Comput. 10. elmélet (2018).
https:///doi.org/10.1145/3186587
[54] James D. Watson és Johannes Bausch. „A kvantumfázis-átmenetek kritikus pontjainak közelítésének összetettsége” (2021). arXiv:2105.13350.
arXiv: 2105.13350
Idézi
[1] Pablo AM Casares, Roberto Campos és MA Martin-Delgado, „TFermion: A kvantumfázis-becslési algoritmusok kvantumkémiához készült, nem Clifford-kapu költségértékelési könyvtára”, Quantum 6, 768 (2022).
[2] Yu Tong, „Algoritmusok tervezése alapállapot-tulajdonságok becsléséhez korai hibatűrő kvantumszámítógépeken”, Quantum Views 6, 65 (2022).
[3] Yulong Dong, Lin Lin és Yu Tong, „Alapállapot-előkészítés és energiabecslés korai hibatűrő kvantumszámítógépeken unitárius mátrixok kvantum-sajátérték-transzformációjával”, arXiv: 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan és Jhonathan Romero, „Reducing the cost of energy estimation in the variational kvantum sajátmegoldó algoritmus robusztus amplitúdóbecsléssel”, arXiv: 2203.07275.
[5] Guoming Wang, Sukin Sim és Peter D. Johnson, „State Preparation Boosters for Early Fault-Tolerant Quantum Computation”, „State Preparation Boosters for Early Fault-Tolerant Quantum Computation”, arXiv: 2202.06978.
A fenti idézetek innen származnak Crossref által idézett szolgáltatás (utolsó sikeres frissítés: 2022-07-28 15:34:04) és SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2022-07-28 15:34:05). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.
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.
