Molekuláris megfigyelések hibatűrő kvantumszámítása

Újra kiadta Platón

Követő: 0

Mark Steudtner¹, Sam Morley-Short¹, William Pol¹, Sukin Sim¹, Cristian L. Cortes², Matthias Loipersberger², Robert M. Parrish², Matthias Degroote³, Nikolaj Moll³, Raffaele Santagati³és Michael Streif³

¹PsiQuantum, 700 Hansen Way, Palo Alto, CA 94304, USA
²QC Ware Corp, Palo Alto, CA 94306, USA
³Quantum Lab, Boehringer Ingelheim, 55218 Ingelheim am Rhein, Németország

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

Absztrakt

Az elmúlt három évtizedben jelentősen csökkentek a molekuláris Hamilton-féle alapállapot-energiák kvantumszámítógépekkel történő becslésének költségei. Azonban viszonylag kevés figyelmet fordítottak más megfigyelhető értékek várható értékeinek becslésére az említett alapállapotok tekintetében, ami számos ipari alkalmazás számára fontos. Ebben a munkában egy új elvárásérték-becslő (EVE) kvantum algoritmust mutatunk be, amely tetszőleges megfigyelhető értékek várható értékeinek becslésére alkalmazható a rendszer bármely sajátállapotára vonatkozóan. Különösen az EVE két változatát vesszük figyelembe: az std-EVE-t, amely szabványos kvantumfázis-becslésen alapul, és a QSP-EVE-t, amely kvantumjelfeldolgozási (QSP) technikákat használ. Mindkét változat esetében szigorú hibaelemzést biztosítunk, és minimalizáljuk a QSPEVE egyedi fázistényezőinek számát. Ezek a hibaelemzések lehetővé teszik számunkra, hogy állandó faktorszámú kvantumerőforrás-becsléseket állítsunk elő mind az std-EVE, mind a QSP-EVE esetében, különféle molekuláris rendszerek és megfigyelhető adatok között. A vizsgált rendszerek esetében megmutatjuk, hogy a QSP-EVE legfeljebb három nagyságrenddel csökkenti a (Toffoli) kapuszámot, és akár 25%-kal csökkenti a qubit szélességét az std-EVE-hez képest. Míg a becsült erőforrások túl magasak maradnak a hibatűrő kvantumszámítógépek első generációi számára, becsléseink a maguk nemében elsőnek számítanak mind a várható értékbecslés, mind a modern QSP-alapú technikák alkalmazásában.

Molekuláris megfigyelhető adatok hibatűrő kvantumszámítása PlatoBlockchain Data Intelligence. Függőleges keresés. Ai.

► BibTeX adatok

@cikk{Steudtner2023faulttolerant, doi = {10.22331/q-2023-11-06-1164}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-11-06-1164}, cím = {Fault- molekuláris megfigyelhető adatok toleráns kvantumszámítása}, szerző = {Steudtner, Mark és Morley-Short, Sam és Pol, William és Sim, Sukin és Cortes, Cristian L. és Loipersberger, Matthias és Parrish, Robert M. és Degroote, Matthias és Moll , Nikolaj és Santagati, Raffaele és Streif, Michael}, folyóirat = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, kiadó = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften} }, kötet = {7}, oldalak = {1164}, hónap = nov, év = {2023} }

► Referenciák

[1] David Poulin, Matthew B. Hastings, Dave Wecker, Nathan Wiebe, Andrew C. Doberty és Matthias Troyer. „A kvantumkémia pontos kvantumszimulációjához szükséges ügető lépésmérete”. Kvantum Info. Comput. 15, 361–384 (2015).
https:///doi.org/10.5555/2871401.2871402

[2] Markus Reiher, Nathan Wiebe, Krysta M. Svore, Dave Wecker és Matthias Troyer. „Reakciómechanizmusok feltárása kvantumszámítógépeken”. Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 7555–7560 (2017).
https:///doi.org/10.1073/pnas.1619152114

[3] Ryan Babbush, Craig Gidney, Dominic W Berry, Nathan Wiebe, Jarrod McClean, Alexandru Paler, Austin Fowler és Hartmut Neven. „Elektronikus spektrumok kódolása lineáris T komplexitású kvantumáramkörökben”. Fizikai Szemle X 8, 041015 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevX.8.041015

[4] Dominic W. Berry, Craig Gidney, Mario Motta, Jarrod R. McClean és Ryan Babbush. „Az önkényes bázisú kvantumkémia kvbitizálása, kihasználva a ritkaságot és az alacsony rangú faktorizációt”. Quantum 3, 208 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-02-208

[5] Joonho Lee, Dominic W. Berry, Craig Gidney, William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nathan Wiebe és Ryan Babbush. "A kémia még hatékonyabb kvantumszámításai tenzoros hiperkontrakción keresztül." PRX Quantum 2, 030305 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.030305

[6] Yuan Su, Dominic W. Berry, Nathan Wiebe, Nicholas Rubin és Ryan Babbush. „A kémia hibatűrő kvantumszimulációi az első kvantálásban”. PRX Quantum 2, 040332 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040332

[7] Isaac H. Kim, Ye-Hua Liu, Sam Pallister, William Pol, Sam Roberts és Eunseok Lee. „Hibatűrő erőforrás-becslés kvantumkémiai szimulációkhoz: Esettanulmány lítium-ion akkumulátor-elektrolit molekulákról”. Phys. Rev. Research 4, 023019 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.023019

[8] Alain Delgado, Pablo AM Casares, Roberto dos Reis, Modjtaba Shokrian Zini, Roberto Campos, Norge Cruz-Hernández, Arne-Christian Voigt, Angus Lowe, Soran Jahangiri, MA Martin-Delgado, Jonathan E. Mueller és Juan Miguel Arrazola. „A lítium-ion akkumulátorok legfontosabb tulajdonságainak szimulálása hibatűrő kvantumszámítógéppel”. Phys. Rev. A 106, 032428 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.106.032428

[9] Vera von Burg, Guang Hao Low, Thomas Häner, Damian S. Steiger, Markus Reiher, Martin Roetteler és Matthias Troyer. „A kvantumszámítással továbbfejlesztett számítási katalízis”. Phys. Rev. Res. 3, 033055 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.033055

[10] Joshua J. Goings, Alec White, Joonho Lee, Christofer S. Tautermann, Matthias Degroote, Craig Gidney, Toru Shiozaki, Ryan Babbush és Nicholas C. Rubin. "A citokróm p450 elektronikus szerkezetének megbízható felmérése a mai klasszikus számítógépeken és a holnap kvantumszámítógépein." Proceedings of the National Academy of Sciences 119, e2203533119 (2022).
https:///doi.org/10.1073/pnas.2203533119

[11] Thomas E O'Brien, Michael Streif, Nicholas C Rubin, Raffaele Santagati, Yuan Su, William J Huggins, Joshua J Goings, Nikolaj Moll, Elica Kyoseva, Matthias Degroote és mások. „A molekuláris erők és más energiagradiensek hatékony kvantumszámítása”. Phys. Rev. Res. 4, 043210 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.043210

[12] Christopher J Cramer. „A számítógépes kémia alapjai: elméletek és modellek”. John Wiley & Sons. (2013). url: https:///www.wiley.com/en-cn/Essentials+of+Computational+Chemistry:+Theories+and+Models,+2nd+Edition-p-9780470091821.
https:///www.wiley.com/en-cn/Essentials+of+Computational+Chemistry:+Theories+and+Models,+2nd+Edition-p-9780470091821

[13] Raffaele Santagati, Alan Aspuru-Guzik, Ryan Babbush, Matthias Degroote, Leticia Gonzalez, Elica Kyoseva, Nikolaj Moll, Markus Oppel, Robert M. Parrish, Nicholas C. Rubin, Michael Streif, Christofer S. Tautermann, Horst Weiss, Nathan Wiebe, és Clemens Utschig-Utschig. „Drug design on quantum computers” (2023). arXiv:2301.04114.
arXiv: 2301.04114

[14] Clifford W Fong. „A vér-agy gát permeabilitása: gyógyszerek és fiziológiailag fontos vegyületek szállításának molekuláris mechanizmusa”. The Journal of Membránbiológia 248, 651–669 (2015).
https://doi.org/10.1007/s00232-015-9778-9

[15] 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

[16] Gilles Brassard, Peter Hoyer, Michele Mosca és Alain Tapp. „Kvantumamplitúdó-erősítés és becslés”. Kortárs Matematika 305, 53–74 (2002).
https:///doi.org/10.1090/conm/305/05215

[17] A. Yu. Kitaev. „Kvantummérés és az Abeli-stabilizátor probléma” (1995). arXiv:quant-ph/9511026.
arXiv:quant-ph/9511026

[18] David Poulin és Pawel Wocjan. „A kvantum soktestű rendszerek alapállapotainak előkészítése kvantumszámítógépen”. Physical Review Letters 102, 130503 (2009).
https:///doi.org/10.1103/physrevlett.102.130503

[19] David Poulin, Alekszej Kitaev, Damian S. Steiger, Matthew B. Hastings és Matthias Troyer. „Kvantumalgoritmus spektrális méréshez alacsonyabb kapuszámmal”. Phys. Rev. Lett. 121, 010501 (2018).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.010501

[20] 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

[21] Lin Lin és Yu Tong. „Közel optimális alapállapot-előkészítés”. Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372

[22] Ruizhe Zhang, Guoming Wang és Peter Johnson. „Alapállapot-tulajdonságok számítása korai hibatűrő kvantumszámítógépekkel”. Quantum 6, 761 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-07-11-761

[23] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz és Rolando D. Somma. „A megfigyelhető értékek várható értékeinek optimális kvantummérései”. Phys. Rev. A 75, 012328 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.75.012328

[24] 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. ACM (2019).

[25] Patrick Rall. „Kvantumalgoritmusok a fizikai mennyiségek becsléséhez blokkkódolással”. Phys. Rev. A 102, 022408 (2020).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.102.022408

[26] William J. Huggins, Kianna Wan, Jarrod McClean, Thomas E. O'Brien, Nathan Wiebe és Ryan Babbush. „Majdnem optimális kvantum-algoritmus több várható érték becsléséhez”. Phys. Rev. Lett. 129, 240501 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.240501

[27] Arjan Cornelissen, Yassine Hamoudi és Sofiene Jerbi. „Közel optimális kvantum-algoritmusok többváltozós átlagbecsléshez”. In Proceedings of the 54th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. 33–43. oldal. STOC 2022 New York, NY, USA (2022). Számítógépek Szövetsége.
https:///doi.org/10.1145/3519935.3520045

[28] Guang Hao Low és Isaac L. Chuang. „Optimal Hamilton szimuláció kvantumjelfeldolgozással”. Phys. Rev. Lett. 118, 010501 (2017).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.010501

[29] Patrick Rall. „Gyorsabb koherens kvantum algoritmusok fázis-, energia- és amplitúdóbecsléshez”. Quantum 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566

[30] John M. Martyn, Zane M. Rossi, Andrew K. Tan és Isaac L. Chuang. „A kvantumalgoritmusok nagy egységesítése”. PRX Quantum 2, 040203 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040203

[31] Wim van Dam, G. Mauro D'Ariano, Artur Ekert, Chiara Macchiavello és Michele Mosca. „Optimális kvantumáramkörök általános fázisbecsléshez”. Phys. Rev. Lett. 98, 090501 (2007).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.090501

[32] Gumaro Rendon, Taku Izubuchi és Yuta Kikuchi. „A koszinusz keskenyedő ablak hatása a kvantumfázis-becslésre”. Phys. Rev. D 106, 034503 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PhysRevD.106.034503

[33] Kosuke Mitarai, Kiichiro Toyoizumi és Wataru Mizukami. „Perturbációelmélet kvantumjelfeldolgozással”. Quantum 7, 1000 (2023).
https://doi.org/10.22331/q-2023-05-12-1000

[34] Dominic W. Berry, Mária Kieferová, Artur Scherer, Yuval R. Sanders, Guang Hao Low, Nathan Wiebe, Craig Gidney és Ryan Babbush. „Továbbfejlesztett technikák a fermionos hamiltonok sajátállapotainak előállítására”. npj Quantum Information 4, 22 (2018).
https://doi.org/10.1038/s41534-018-0071-5

[35] Guang Hao Low és Isaac L. Chuang. „Hamiltoni szimuláció qubitizációval”. Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163

[36] Yulong Dong, Lin Lin és Yu Tong. "Alapállapot-előkészítés és energiabecslés korai hibatűrő kvantumszámítógépeken unitárius mátrixok kvantum-sajátérték-transzformációjával". PRX Quantum 3, 040305 (2022).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.3.040305

[37] Earl T Campbell. „A Hubbard-modell korai hibatűrő szimulációi”. Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/ac3110

[38] Richard Cleve, Artur Ekert, Chiara Macchiavello és Michele Mosca. „A kvantum algoritmusok újralátogatása”. A Londoni Királyi Társaság közleménye. A sorozat: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 454, 339–354 (1998).
https:///doi.org/10.1098/rspa.1998.0164

[39] Craig Gidney. „A kvantumösszeadás költségének felezése”. Quantum 2, 74 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-06-18-74

[40] Jiasu Wang, Yulong Dong és Lin Lin. „A szimmetrikus kvantumjelfeldolgozás energiakörnyezetéről”. Quantum 6, 850 (2022).
https://doi.org/10.22331/q-2022-11-03-850

[41] Guang Hao Low. „Kvantumjelfeldolgozás egy-qubit dinamikával”. PhD értekezés. Massachusetts Institute of Technology. (2017).

[42] Yulong Dong, Xiang Meng, K. Birgitta Whaley és Lin Lin. „Hatékony fázistényező kiértékelés a kvantumjelfeldolgozásban”. Physical Review A 103, 042419 (2021).
https:///doi.org/10.1103/physreva.103.042419

[43] Yulong Dong, Lin Lin, Hongkang Ni és Jiasu Wang. „Végtelen kvantumjelfeldolgozás” (2022). arXiv:2209.10162.
arXiv: 2209.10162

[44] Diptarka Hait és Martin Head-Gordon. „Mennyire pontos a sűrűségfunkcionális elmélet a dipólusmomentumok előrejelzésében? Egy 200 benchmark értékből álló új adatbázis segítségével végzett értékelés”. Journal of Chemical Theory and Computation 14, 1969–1981 (2018).
https:///doi.org/10.1021/acs.jctc.7b01252

[45] Qiming Sun, Xing Zhang, Samragni Banerjee, Peng Bao, Marc Barbry, Nick S. Blunt, Nikolay A. Bogdanov, George H. Booth, Jia Chen, Zhi-Hao Cui, Janus J. Eriksen, Yang Gao, Sheng Guo, Jan Hermann, Matthew R. Hermes, Kevin Koh, Peter Koval, Susi Lehtola, Zhendong Li, Junzi Liu, Narbe Mardirossian, James D. McClain, Mario Motta, Bastien Mussard, Hung Q. Pham, Artem Pulkin, Wirawan Purwanto, Paul J. Robinson, Enrico Ronca, Elvira R. Sayfutyarova, Maximilian Scheurer, Henry F. Schurkus, James ET Smith, Chong Sun, Shi-Ning Sun, Shiv Upadhyay, Lucas K. Wagner, Xiao Wang, Alec White, James Daniel Whitfield, Mark J Williamson, Sebastian Wouters, Jun Yang, Jason M. Yu, Tianyu Zhu, Timothy C. Berkelbach, Sandeep Sharma, Alexander Yu. Sokolov és Garnet Kin-Lic Chan. „A PySCF programcsomag legújabb fejlesztései”. The Journal of Chemical Physics 153, 024109 (2020).
https:///doi.org/10.1063/5.0006074

[46] Qiming Sun, Timothy C. Berkelbach, Nick S. Blunt, George H. Booth, Sheng Guo, Zhendong Li, Junzi Liu, James D. McClain, Elvira R. Sayfutyarova, Sandeep Sharma, Sebastian Wouters és Garnet Kin-Lic Chan. „Pyscf: a kémia keretrendszer python-alapú szimulációi”. WIREs Computational Molecular Science 8, e1340 (2018).
https:///doi.org/10.1002/wcms.1340

[47] Huanchen Zhai és Garnet Kin-Lic Chan. „Alacsony kommunikációs nagy teljesítményű ab initio sűrűségű mátrix renormalizációs csoport algoritmusok”. J. Chem. Phys. 154, 224116 (2021).
https:///doi.org/10.1063/5.0050902

[48] Dominik Marx és Jurg Hutter. „Ab initio molekuláris dinamika: elmélet és megvalósítás”. A kvantumkémia modern módszerei és algoritmusai 1, 141 (2000).
https:///doi.org/10.1017/CBO9780511609633

[49] JC Slater. „A viriális és molekuláris szerkezet”. The Journal of Chemical Physics 1, 687–691 (1933).
https:///doi.org/10.1063/1.1749227

[50] Jeffrey Cohn, Mario Motta és Robert M. Parrish. „Kvantumszűrő diagonalizálás tömörített kettős faktorszámú hamiltoniánokkal”. PRX Quantum 2, 040352 (2021).
https:///doi.org/10.1103/PRXQuantum.2.040352

[51] Guang Hao Low, Vadym Kliuchnikov és Luke Schaeffer. „T-kapuk kereskedése piszkos qubitekkel az állapot-előkészítésben és az egységes szintézisben” (2018). arXiv:1812.00954.
arXiv: 1812.00954

Idézi

[1] Ignacio Loaiza és Artur F. Izmaylov, „Block-invariant Symmetry Shift: Preprocessing Technique for Second-Quanted Hamiltonians to Improve their Decompositions to Linear Combination of Unitaries”, Journal of Chemical Theory and Computation acs.jctc.3c00912 (2023).

[2] 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).

[3] Cristian L. Cortes, Matthias Loipersberger, Robert M. Parrish, Sam Morley-Short, William Pol, Sukin Sim, Mark Steudtner, Christofer S. Tautermann, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Raffaele Santagati és Michael Streif, „Fault - toleráns kvantum-algoritmus a szimmetriához igazított perturbációelmélethez, arXiv: 2305.07009, (2023).

[4] Sophia Simon, Raffaele Santagati, Matthias Degroote, Nikolaj Moll, Michael Streif és Nathan Wiebe, „Továbbfejlesztett precíziós skálázás a csatolt kvantum-klasszikus dinamika szimulálásához”, arXiv: 2307.13033, (2023).

[5] Ignacio Loaiza és Artur F. Izmaylov, „Block-Invariant Symmetry Shift: Preprocessing technika másodkvantált Hamilton-lakók számára, hogy javítsák a dekompozícióikat az Unitaries lineáris kombinációjára”, arXiv: 2304.13772, (2023).

A fenti idézetek innen származnak Crossref által idézett szolgáltatás (utolsó sikeres frissítés: 2023-11-13 12:50:11) és SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-11-13 12:50:12). 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.

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-2023-11-06-1164/

Időbélyeg: November 6, 2023

Időbélyeg: 8. február 2024.

Molekuláris megfigyelhető adatok hibatűrő kvantumszámítása

Újra kiadta Platón

Absztrakt

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

Fotonpárok és kvantumemlékek összefonódási dinamikája a Föld gravitációs mezőjében

„Megfelelő” eltolási szabályok a zavart paraméteres kvantumevolúciók származékaihoz

Kvantumzaj modellek illesztése tomográfiás adatokhoz

Az XP stabilizátor formalizmusa: a Pauli stabilizátor formalizmus általánosítása önkényes fázisokkal

Az átlós kapuk által indukált kvantumcsatornák tervezése

Összegabalyodott alterek és általános helyi állapotok megkülönböztetése előre megosztott összefonódással

Szuperfolyadék ellenállás az exciton polaritonok és a szupravezető elektrongáz között

Több sajátérték egyidejű becslése rövid mélységű kvantumáramkörrel korai hibatűrő kvantumszámítógépeken

Minimális ortonormális alapok a tiszta kvantumállapot-becsléshez

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók