1המחלקה למדעי המחשב, אוניברסיטת טקסס באוסטין, אוסטין, TX 78712, ארה"ב.
2Zapata Computing Inc., בוסטון, MA 02110, ארה"ב.
מצא את העיתון הזה מעניין או רוצה לדון? סקייט או השאירו תגובה ב- SciRate.
תַקצִיר
מאמץ משמעותי במחשוב קוונטי יישומי הוקדש לבעיה של הערכת אנרגיית מצב קרקע עבור מולקולות וחומרים. עם זאת, עבור יישומים רבים בעלי ערך מעשי, יש להעריך מאפיינים נוספים של מצב הקרקע. אלה כוללים את הפונקציות של גרין המשמשות לחישוב הובלת אלקטרונים בחומרים ואת מטריצות צפיפות מופחתת של חלקיק אחד המשמשות לחישוב דיפולים חשמליים של מולקולות. במאמר זה, אנו מציעים אלגוריתם היברידי קוונטי-קלאסי להערכת יעילה של מאפייני מצב קרקע כאלה עם דיוק גבוה באמצעות מעגלים קוונטיים בעומק נמוך. אנו מספקים ניתוח של עלויות שונות (חזרות במעגל, זמן אבולוציה מקסימלי וזמן ריצה כולל צפוי) כפונקציה של דיוק המטרה, הפער הספקטרלי וחפיפת מצב הקרקע הראשונית. אלגוריתם זה מציע גישה קונקרטית לשימוש במחשבים קוונטיים סובלני תקלות מוקדם לביצוע חישובים מולקולריים וחומרים רלוונטיים לתעשייה.
סיכום פופולרי
► נתוני BibTeX
► הפניות
[1] יודונג קאו, ג'ונתן רומרו ואלן אספורו-גוזיק. "פוטנציאל של מחשוב קוונטי לגילוי תרופות". 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, ועוד. "כימיה קוונטית בעידן המחשוב הקוונטי". סקירות כימיות 119, 10856–10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] אלן אספורו-גוזיק, אנתוני ד' דוטוי, פיטר ג'יי לאב ומרטין הד-גורדון. "חישוב קוונטי מדומה של אנרגיות מולקולריות". מדע 309, 1704–1707 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479
[4] אלברטו פרוצו, ג'רוד מקלין, פיטר שדבולט, מאן-הונג יונג, שיאו-צ'י ז'ו, פיטר ג'יי לאב, אלן אספורו-גוזיק וג'רמי ל אובריאן. "פותר ערכים עצמיים וריאציות במעבד קוונטי פוטוני". תקשורת טבע 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] יגאל מאיר ונד ס וינגרין. "נוסחת לנדואר לזרם דרך אזור אלקטרונים באינטראקציה". מכתבי סקירה פיזית 68, 2512 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.2512
[6] פרנק ג'נסן. "מבוא לכימיה חישובית". ג'ון ווילי ובניו. (2017).
[7] תומאס אי אובריאן, ברונו סנג'אן, רמירו סגאסטיזאבל, חאבייר בונט-מונראיג, אלישיה דוטקייביץ', פרנצ'סקו בודה, ליאונרדו דיקארלו ולוקאס ויסשר. "חישוב נגזרות אנרגיה לכימיה קוונטית במחשב קוונטי". npj Quantum Information 5, 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] אנדריס אמביניס. "על בעיות פיזיות שהן מעט יותר קשות מ-qma". בשנת 2014 IEEE 29th Conference on Computational Complexity (CCC). עמודים 32–43. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2014.12
[9] סבג גריביאן וג'סטין ירקה. "המורכבות של הדמיית מדידות מקומיות במערכות קוונטיות". Quantum 3, 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] סבג גריביאן, סטיבן פידוק וג'סטין ירקה. "שיעורי מורכבות של אורקל ומדידות מקומיות על המילטון פיזיים". בתוך כריסטוף פול ומרקוס בלסר, עורכים, סימפוזיון בינלאומי 37 על היבטים תיאורטיים של מדעי המחשב (STACS 2020). כרך 154 של Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), עמודים 20:1–20:37. Dagstuhl, גרמניה (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2020.20
[11] דיוויד פולין ופאבל ווצ'אן. "הכנת מצבי קרקע של מערכות מרובות גוף קוונטיות במחשב קוונטי". מכתבי סקירה פיזית 102, 130503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura, ו-J Ignacio Cirac. "הכנה מהירה יותר של מצב קרקע והערכת אנרגיית קרקע ברמת דיוק גבוהה עם פחות קיוביטים". Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] לין לין ויו טונג. "הכנה כמעט אופטימלית למצב הקרקע". Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] סם מקארדל, אלכסנדר מאירוב, שיאו שאן, סיימון בנג'מין ושיאו יואן. "סימולציה קוונטית דיגיטלית של רעידות מולקולריות". מדע כימיה 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, and Jhonathan Romero. "זיהוי אתגרים לקראת יתרון קוונטי מעשי באמצעות הערכת משאבים: מחסום המדידה בפותר העצמי הקוונטי הווריאציוני" (2020). arXiv:2012.04001.
arXiv: 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson, Yudong Cao. "מזעור זמן ריצה של אומדן במחשבים קוונטיים רועשים". PRX Quantum 2, 010346 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010346
[17] ריאן בבוש, ג'רוד אר מקלין, מייקל ניומן, קרייג גידני, סרג'יו בוישו והרטמוט נבן. "התמקד מעבר להאצות ריבועיות עבור יתרון קוונטי מתוקן שגיאות". PRX Quantum 2, 010103 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] קייל EC Booth, בריאן או'גורמן, ג'פרי מרשל, סטיוארט הדפילד ואלינור ריפל. "תכנות אילוצים מואצים בקוונטים". Quantum 5, 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] ארל טי קמפבל. "סימולציות מוקדמות סובלניות לתקלות של מודל ההוברבורד". Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ac3110
[20] לין לין ויו טונג. "הערכת אנרגיה במצב קרקע מוגבלת על ידי הייזנברג עבור מחשבים קוונטיים סובלני תקלות מוקדמים". PRX Quantum 3, 010318 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] דיוויד ליידן. "טעות טרטר מסדר ראשון מנקודת מבט מסדר שני". פיזי. הכומר לט. 128, 210501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.210501
[22] רולנדו ד סומה. "הערכת ערך עצמי קוונטי באמצעות ניתוח סדרות זמן". New Journal of Physics 21, 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] לורה קלינטון, יוהנס באוש, ג'ואל קלאסן וטובי קוביט. "הערכת שלב של המילטוניים המקומיים על חומרת ניסק" (2021). arXiv:2110.13584.
arXiv: 2110.13584
[24] פטריק ראל. "אלגוריתמים קוונטיים קוהרנטיים מהירים יותר להערכת פאזה, אנרגיה ומשרעת". Quantum 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] דומיניק וו ברי, אנדרו מ' צ'יילדס, ריצ'רד קליב, רובין קוטארי ורולנדו ד' סומה. "הדמיית דינמיקה המילטונית עם סדרת טיילור קטומה". מכתבי סקירה פיזית 114, 090502 (2015). כתובת אתר: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502
[26] גואנג האו לואו ואייזק ל צ'ואנג. "סימולציה המילטונית אופטימלית על ידי עיבוד אותות קוונטי". מכתבי סקירה פיזית 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[27] אנדרו מ' צ'יילדס, דמיטרי מסלוב, יונסונג נאם, ניל ג'יי רוס, ויואן סו. "לקראת הדמיית הקוונטים הראשונה עם האצה קוונטית". הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים 115, 9456–9461 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] גואנג האו לואו ואייזק ל צ'ואנג. "סימולציה המילטונית על ידי קיוביטיזציה". Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] עמנואל קניל, ג'ררדו אורטיז ורולנדו ד' סומה. "מדידות קוונטיות אופטימליות של ערכי ציפיות של נצפים". סקירה פיזית A 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328
[30] ג'יימס ד. ווטסון, יוהנס באוש וסבג גריביאן. "המורכבות של בעיות בלתי משתנה מבחינה תרגום מעבר לאנרגיות מצב הקרקע" (2020). arXiv:2012.12717.
arXiv: 2012.12717
[31] אלברטו פרוצו, ג'רוד מקלין, פיטר שדבולט, מאן-הונג יונג, שיאו-צ'י ז'ו, פיטר ג'יי לאב, אלן אספורו-גוזיק וג'רמי ל אובריאן. "פותר ערכים עצמיים וריאציות במעבד קוונטי פוטוני". תקשורת טבע 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] ג'רוד אר מקלין, ג'ונתן רומרו, ריאן בבוש ואלן אספורו-גוזיק. "התיאוריה של אלגוריתמים קוונטיים-קלאסיים היברידיים וריאציות". New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] אטילה סאבו וניל ס אוסטלנד. "כימיה קוונטית מודרנית: מבוא לתורת מבנה אלקטרוני מתקדמת". תאגיד שליחים. (2012).
[34] סבג גריביאן ופרנסואה לה גאל. "ניתור הטרנספורמציה של הערך הקוונטי הסינגולרי: קשיות ויישומים לכימיה קוונטית ולהשערת ה-PCP הקוונטית". בהליכים של סימפוזיון ACM SIGACT השנתי ה-54 על תורת המחשוב. עמודים 19–32. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén, ו-Stacey Jeffery. "הכוח של כוחות מטריקס מקודדים בלוק: טכניקות רגרסיה משופרות באמצעות סימולציה מהירה יותר של המילטון". ב-Christel Baier, Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini, and Stefano Leonardi, עורכים, הקולוקוויום הבינלאומי ה-46 על אוטומטים, שפות ותכנות (ICALP 2019). כרך 132 של Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), עמודים 33:1–33:14. Dagstuhl, גרמניה (2019). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low, and Nathan Wiebe. "טרנספורמציה של ערך יחיד קוונטי ומעבר לכך: שיפורים מעריכי עבור אריתמטיקה מטריצת קוונטית". בהליכים של סימפוזיון ACM SIGACT השנתי ה-51 על תורת המחשוב. עמודים 193–204. (2019).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] פטריק ראל. "אלגוריתמים קוונטיים להערכת כמויות פיזיקליות באמצעות קידודי בלוק". Physical Review A 102, 022408 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
[38] יו טונג, דונג אן, נתן וויבה ולין לין. "היפוך מהיר, פותרי מערכת ליניארית קוונטית מותנים מראש, חישוב מהיר של פונקציות ירוקות והערכה מהירה של פונקציות מטריצה". סקירה פיזית A 104, 032422 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032422
[39] ג'וליה אי רייס, Tanvi P Gujarati, Mario Motta, Tyler Y Takeshita, Eunseok Lee, Joseph A Latone, and Jeannette M Garcia. "חישוב קוונטי של מוצרים דומיננטיים בסוללות ליתיום-גופרית". The Journal of Chemical Physics 154, 134115 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen, and Jeppe Olsen. "תיאוריית המבנה האלקטרוני המולקולרי". ג'ון ווילי ובניו. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] ג'ייקוב טי סילי, מרטין ג'יי ריצ'רד ופיטר ג'יי לאב. "טרנספורמציה bravyi-kitaev עבור חישוב קוונטי של מבנה אלקטרוני". כתב העת לפיזיקה כימית 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] ארם וו הארו, אבינתן חסידים וסת לויד. "אלגוריתם קוונטי למערכות ליניאריות של משוואות". מכתבי סקירה פיזית 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[43] אנדרו מ' צ'יילדס, רובין קוטארי ורולנדו ד' סומה. "אלגוריתם קוונטי למערכות של משוואות ליניאריות עם תלות משופרת אקספוננציאלית בדייקנות". SIAM Journal on Computing 46, 1920–1950 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
[44] קרלוס בראבו-פריטו, ריאן לרוז, מ. סרזו, יגיט סובסי, לוקאש סינציו ופטריק ג'יי קולס. "פותר ליניארי קוונטי וריאציוני" (2019). arXiv:1909.05820.
arXiv: 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti, פטריק Rebentrost. "אלגוריתמים קוונטיים לטווח קצר למערכות ליניאריות של משוואות עם פונקציות אובדן רגרסיה". New Journal of Physics 23, 113021 (2021).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma, and Davide Orsucci. "אלגוריתמים קוונטיים למערכות של משוואות ליניאריות בהשראת מחשוב קוונטי אדיאבטי". מכתבי סקירה פיזית 122, 060504 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.060504
[47] דונג אן ולין לין. "פותר מערכת ליניארית קוונטית המבוסס על מחשוב קוונטי אדיאבטי אופטימלי בזמן ואלגוריתם אופטימיזציה משוערת קוונטי". ACM Transactions on Quantum Computing 3 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] לין לין ויו טונג. "סינון מצב עצמי קוונטי אופטימלי מבוסס פולינום עם יישום לפתרון מערכות ליניאריות קוונטיות". Quantum 4, 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] רולנדו די סומה וסרג'יו בוישו. "הגברת פערים ספקטרליים". SIAM Journal on Computing 42, 593–610 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] יוסי עטיה ודורית אהרונוב. "העברה מהירה של המילטון ומדידות מדויקות באופן אקספוננציאלי". תקשורת טבע 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] ברילין בראון, סטיבן טי פלמיה ונורברט שוך. "קושי חישובי לחשב את צפיפות המדינות". מכתבי סקירה פיזית 107, 040501 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.040501
[52] סטיבן פ ג'ורדן, דיוויד גוסט ופיטר ג'יי לאב. "קוואנטום-מרלין-ארתור-בעיות שלמות עבור המילטון סטוקווסטי ומטריצות מרקוב". סקירה פיזית A 81, 032331 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.032331
[53] סבאג גריביאן וג'יימי סיקורה. "קישוריות קרקעית של המילטון המקומיים". ACM Trans. מחשוב. תיאוריה 10 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] ג'יימס ד. ווטסון ויוהנס באוש. "המורכבות של קירוב נקודות קריטיות של מעברי פאזה קוונטיים" (2021). arXiv:2105.13350.
arXiv: 2105.13350
מצוטט על ידי
[1] פבלו AM Casares, רוברטו קמפוס ו-MA Martin-Delgado, "TFermion: ספריית הערכת עלויות שאינה מבית Clifford Gate של אלגוריתמים להערכת פאזה קוונטית לכימיה קוונטית", קוונטום 6, 768 (2022).
[2] יו טונג, "תכנון אלגוריתמים להערכת מאפייני מצב קרקע במחשבים קוונטיים מוקדמים סובלני תקלות", צפיות קוונטיות 6, 65 (2022).
[3] יולונג דונג, לין לין ויו טונג, "הכנת מצב קרקע והערכת אנרגיה במחשבים קוונטיים סובלני תקלות מוקדמים באמצעות טרנספורמציה של ערכים עצמיים קוונטיים של מטריצות יחידות", arXiv: 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan, and Jhonathan Romero, "הפחתת העלות של הערכת אנרגיה בווריאציה אלגוריתם עצמי קוונטי עם הערכת משרעת חזקה", arXiv: 2203.07275.
[5] גומינג וואנג, סוקין סים ופיטר ד' ג'ונסון, "מאיצי היערכות המדינה לחישוב קוונטי סובלני מוקדם לתקלות", arXiv: 2202.06978.
הציטוטים לעיל הם מ- השירות המוזכר של קרוסרף (עודכן לאחרונה בהצלחה 2022-07-28 15:34:04) ו- מודעות SAO / NASA (עודכן לאחרונה בהצלחה 2022-07-28 15:34:05). הרשימה עשויה להיות שלמה מכיוון שלא כל בעלי האתרים מספקים נתוני ציטוט ראויים ומלאים.
מאמר זה מתפרסם בקוונטים תחת התקציב ייחוס Creative Commons 4.0 הבינלאומי (CC BY 4.0) רישיון. זכויות יוצרים נשארות עם בעלי זכויות היוצרים המקוריים כמו המחברים או מוסדותיהם.
