Simulasi Kuantum Komposit

Simulasi Kuantum Komposit

Stempel Waktu: 14 November 2023 6
Simulasi Kuantum Komposit Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

Matius Hagan1 dan Nathan Wiebe2,3,4

1Departemen Fisika, Universitas Toronto, Toronto ON, Kanada
2Departemen Ilmu Komputer, Universitas Toronto, Toronto ON, Kanada
3Laboratorium Nasional Pacific Northwest, Richland Wa, AS
4Institut Studi Lanjutan Kanada, Toronto ON, Kanada

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Dalam makalah ini kami menyediakan kerangka kerja untuk menggabungkan beberapa metode simulasi kuantum, seperti rumus Trotter-Suzuki dan QDrift ke dalam satu saluran Komposit yang dibangun berdasarkan ide-ide penggabungan lama untuk mengurangi jumlah gerbang. Ide sentral di balik pendekatan kami adalah dengan menggunakan skema partisi yang mengalokasikan suku Hamilton ke bagian Trotter atau QDrift dari saluran dalam simulasi. Hal ini memungkinkan kita untuk mensimulasikan suku-suku kecil namun banyak menggunakan QDrift sambil mensimulasikan suku-suku yang lebih besar menggunakan rumus Trotter-Suzuki tingkat tinggi. Kami membuktikan batasan yang ketat pada jarak berlian antara saluran Komposit dan saluran simulasi ideal dan menunjukkan dalam kondisi apa biaya penerapan saluran Komposit dibatasi secara asimtotik dengan metode yang menyusunnya untuk partisi suku probabilistik dan partisi deterministik. Terakhir, kami membahas strategi untuk menentukan skema partisi serta metode untuk menggabungkan metode simulasi yang berbeda dalam kerangka yang sama.

► data BibTeX

► Referensi

[1] James D Whitfield, Jacob Biamonte, dan Alán Aspuru-Guzik. “Simulasi struktur elektronik hamiltonian menggunakan komputer kuantum”. Fisika Molekuler 109, 735–750 (2011). url: https://​/​doi.org/​10.1080/​00268976.2011.552441.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268976.2011.552441

[2] Stephen P Jordan, Keith SM Lee, dan John Preskill. “Algoritma kuantum untuk teori medan kuantum”. Sains 336, 1130–1133 (2012). url: https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1217069.
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1217069

[3] Markus Reiher, Nathan Wiebe, Krysta M Svore, Dave Wecker, dan Matthias Troyer. “Menjelaskan mekanisme reaksi pada komputer kuantum”. Prosiding akademi ilmu pengetahuan nasional 114, 7555–7560 (2017). url: https://​/​doi.org/​10.1073/​pnas.1619152114.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1619152114

[4] Ryan Babbush, Dominic W. Berry, dan Hartmut Neven. “Simulasi kuantum model sachdev-ye-kitaev dengan qubitisasi asimetris”. Fis. Pdt.A 99, 040301 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.040301

[5] Yuan Su, Dominic W. Berry, Nathan Wiebe, Nicholas Rubin, dan Ryan Babbush. "Simulasi kimia kuantum toleran kesalahan dalam kuantisasi pertama". PRX Quantum 2, 040332 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040332

[6] 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, Christofer S. Tautermann, Joonho Lee, Dominic W .Berry, Nathan Wiebe, dan Ryan Babbush. “Perhitungan kuantum yang efisien dari gaya molekul dan gradien energi lainnya”. Fis. Pdt. Res. 4, 043210 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.043210

[7] Dorit Aharonov dan Amnon Ta-Shma. “Pembuatan keadaan kuantum adiabatik dan pengetahuan statistik nol”. Dalam Prosiding simposium ACM tahunan ke tiga puluh lima tentang Teori komputasi. Halaman 20–29. (2003). url: https://​/​doi.org/​10.1145/​780542.780546.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780542.780546

[8] Dominic W Berry, Graeme Ahokas, Richard Cleve, dan Barry C Sanders. “Algoritme kuantum yang efisien untuk mensimulasikan orang hamilton yang jarang”. Komunikasi dalam Fisika Matematika 270, 359–371 (2007). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-0150-x.
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-006-0150-x

[9] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, Richard Cleve, Robin Kothari, and Rolando D. Somma. "Mensimulasikan dinamika hamiltonian dengan seri taylor terpotong". Fisika. Pendeta Lett. 114, 090502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502

[10] Andrew M. Childs, Aaron Ostrander, dan Yuan Su. "Simulasi kuantum lebih cepat dengan pengacakan". Kuantum 3, 182 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-182

[11] Guang Hao Low dan Isaac L. Chuang. "Simulasi Hamilton dengan Qubitisasi". Kuantum 3, 163 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-07-12-163

[12] Guang Hao Rendah, Vadym Kliuchnikov, dan Nathan Wiebe. “Simulasi hamiltonian multiproduk berkondisi baik” (2019). url: https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1907.11679.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1907.11679

[13] Guang Hao Low dan Nathan Wiebe. “Simulasi Hamiltonian dalam gambar interaksi” (2019). arXiv:1805.00675.
arXiv: 1805.00675

[14] Earl Campbell. “Kompilator acak untuk simulasi hamiltonian cepat”. Fis. Pendeta Lett. 123, 070503 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.070503

[15] Nathan Wiebe, Dominic Berry, Peter Høyer, dan Barry C Sanders. “Dekomposisi tingkat tinggi dari eksponensial operator terurut”. Jurnal Fisika A: Matematika dan Teoritis 43, 065203 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​43/​6/​065203

[16] Andrew M. Childs, Yuan Su, Minh C. Tran, Nathan Wiebe, and Shuchen Zhu. "Teori kesalahan pengeliling dengan penskalaan komutator". Fisika. Pdt. X 11, 011020 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011020

[17] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, Yuan Su, Xin Wang, and Nathan Wiebe. "Simulasi Hamiltonian yang bergantung waktu dengan penskalaan norma $L^1$". Kuantum 4, 254 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-20-254

[18] Dave Wecker, Bela Bauer, Bryan K. Clark, Matthew B. Hastings, dan Matthias Troyer. “Perkiraan jumlah gerbang untuk melakukan kimia kuantum pada komputer kuantum kecil”. Tinjauan Fisik A 90 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.90.022305

[19] David Poulin, Matthew B Hastings, Dave Wecker, Nathan Wiebe, Andrew C Doherty, dan Matthias Troyer. “Ukuran langkah trotter diperlukan untuk simulasi kuantum kimia kuantum yang akurat” (2014). url: https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1406.4920.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1406.4920

[20] Ian D Kivlichan, Christopher E Granade, dan Nathan Wiebe. “Estimasi fase dengan orang hamilton secara acak” (2019). arXiv:1907.10070.
arXiv: 1907.10070

[21] Abhishek Rajput, Alessandro Roggero, dan Nathan Wiebe. “Metode Hibridisasi Simulasi Kuantum dalam Gambar Interaksi”. Kuantum 6, 780 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-17-780

[22] Yingkai Ouyang, David R. White, dan Earl T. Campbell. “Kompilasi dengan sparsifikasi stokastik hamiltonian”. Kuantum 4, 235 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-02-27-235

[23] Shi Jin dan Xiantao Li. “Algoritme trotter acak sebagian untuk simulasi kuantum hamiltonian” (2021). url: https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2109.07987.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2109.07987

[24] Ryan Babbush, Nathan Wiebe, Jarrod McClean, James McClain, Hartmut Neven, and Garnet Kin-Lic Chan. "Simulasi material kuantum kedalaman rendah". Fisika. Rev.X 8, 011044 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011044

[25] Masuo Suzuki. “Dekomposisi fraktal operator eksponensial dengan aplikasi pada teori banyak benda dan simulasi monte carlo”. Fisika Huruf A 146, 319–323 (1990).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(90)90962-N

[26] Andrew M Childs dan Nathan Wiebe. “Simulasi Hamiltonian menggunakan kombinasi linier operasi kesatuan” (2012). url: https://​/​doi.org/​10.26421/​QIC12.11-12.
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC12.11-12

[27] Paul K Faehrmann, Mark Steudtner, Richard Kueng, Maria Kieferova, dan Jens Eisert. “Mengacak formula multiproduk untuk meningkatkan simulasi hamiltonian” (2021). url: https://​/​ui.adsabs.harvard.edu/​link_gateway/​2022Quant…6..806F/​doi:10.48550/​arXiv.2101.07808.
https:/​/​ui.adsabs.harvard.edu/​link_gateway/​2022Quant…6..806F/​doi:10.48550/​arXiv.2101.07808

[28] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, dan Robin Kothari. "Simulasi Hamiltonian dengan ketergantungan yang hampir optimal pada semua parameter". Pada tahun 2015 IEEE 56th Annual Symposium on Foundations of Computer Science. Halaman 792–809. (2015).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2015.54

[29] Chi-Fang Chen, Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng, dan Joel A. Tropp. “Konsentrasi untuk formula produk acak”. PRX Kuantum 2 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.040305

Dikutip oleh

[1] Alexander M. Dalzell, Sam McArdle, Mario Berta, Przemyslaw Bienias, Chi-Fang Chen, András Gilyén, Connor T. Hann, Michael J. Kastoryano, Emil T. Khabiboulline, Aleksander Kubica, Grant Salton, Samson Wang, dan Fernando GSL Brandão, “Algoritme kuantum: Survei aplikasi dan kompleksitas ujung ke ujung”, arXiv: 2310.03011, (2023).

[2] Etienne Granet dan Henrik Dreyer, “Dinamika Hamiltonian berkelanjutan pada komputer kuantum digital yang berisik tanpa kesalahan Trotter”, arXiv: 2308.03694, (2023).

[3] Almudena Carrera Vazquez, Daniel J. Egger, David Ochsner, dan Stefan Woerner, “Formula multiproduk yang dikondisikan dengan baik untuk simulasi Hamiltonian yang ramah perangkat keras”, Kuantum 7, 1067 (2023).

[4] Matthew Pocrnic, Matthew Hagan, Juan Carrasquilla, Dvira Segal, dan Nathan Wiebe, “Rumus Produk QDrift Komposit untuk Simulasi Kuantum dan Klasik dalam Waktu Nyata dan Imajiner”, arXiv: 2306.16572, (2023).

[5] Nicholas H. Stair, Cristian L. Cortes, Robert M. Parrish, Jeffrey Cohn, dan Mario Motta, “protokol Stochastic quantum Krylov dengan Hamiltonians berfaktor ganda”, Ulasan Fisik A 107 3, 032414 (2023).

[6] Gumaro Rendon, Jacob Watkins, dan Nathan Wiebe, “Peningkatan Akurasi untuk Simulasi Trotter Menggunakan Interpolasi Chebyshev”, arXiv: 2212.14144, (2022).

[7] Zhicheng Zhang, Qisheng Wang, dan Mingsheng Ying, “Algoritma Kuantum Paralel untuk Simulasi Hamilton”, arXiv: 2105.11889, (2021).

[8] Maximilian Amsler, Peter Deglmann, Matthias Degroote, Michael P. Kaicher, Matthew Kiser, Michael Kühn, Chandan Kumar, Andreas Maier, Georgy Samsonidze, Anna Schroeder, Michael Streif, Davide Vodola, dan Christopher Wever, “Kuantum yang ditingkatkan kuantum Monte Carlo: pandangan industri”, arXiv: 2301.11838, (2023).

[9] Alireza Tavanfar, S. Alipour, dan AT Rezakhani, “Apakah Mekanika Kuantum Menghasilkan Teori Kuantum yang Lebih Besar dan Rumit? Kasus Teori Kuantum yang Berpusat pada Pengalaman dan Interaksi Teori Kuantum”, arXiv: 2308.02630, (2023).

[10] Pei Zeng, Jinzhao Sun, Liang Jiang, dan Qi Zhao, “Simulasi Hamiltonian yang sederhana dan presisi tinggi dengan mengkompensasi kesalahan Trotter dengan kombinasi linier operasi kesatuan”, arXiv: 2212.04566, (2022).

[11] Oriel Kiss, Michele Grossi, dan Alessandro Roggero, “Pentingnya pengambilan sampel untuk simulasi kuantum stokastik”, Kuantum 7, 977 (2023).

[12] Lea M. Trenkwalder, Eleanor Scerri, Thomas E. O'Brien, dan Vedran Dunjko, “Kompilasi formula produk simulasi Hamiltonian melalui pembelajaran penguatan”, arXiv: 2311.04285, (2023).

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2023-11-14 11:17:33). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

Tidak dapat mengambil Crossref dikutip oleh data selama upaya terakhir 2023-11-14 11:17:32: Tidak dapat mengambil data yang dikutip oleh untuk 10.22331 / q-2023-11-14-1181 dari Crossref. Ini normal jika DOI terdaftar baru-baru ini.

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum