直交多項式を使用した開放系の非摂動ダイナミクスのデジタル量子シミュレーション

直交多項式を使用した開放系の非摂動ダイナミクスのデジタル量子シミュレーション

ホセ・D・ギマランイス1,2,3、ミハイル・I・ヴァシレフスキー3,4,5、ルイス・S・バルボサ3,6

1Centro de Física das Universidades do Minho e do Porto、ブラガ 4710-057、ポルトガル
2理論物理学および IQST 研究所、ウルム大学、Albert-Einstein-Allee 11、ウルム 89081、ドイツ
3国際イベリア ナノテクノロジー研究所、Av. Mestre José Veiga s/n、ブラガ 4715-330、ポルトガル
4Laboratório de Física para Materiais e Tecnologias Emergentes (LaPMET)、Universidade do Minho、Braga 4710-057、ポルトガル
5Departamento de Física、Universidade do Minho、ブラガ 4710-057、ポルトガル
6INESC TEC、情報局、Universidade do Minho、Braga 4710-057、ポルトガル

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抽象

開放量子系のダイナミクスの古典的な非摂動的シミュレーションは、いくつかのスケーラビリティの問題、つまり、シミュレーションの時間長または開放系のサイズの関数としての計算量の指数関数的スケーリングに直面しています。この研究では、量子コンピューター上で直交多項式アルゴリズムを備えた時間発展密度演算子 (TEDOPA) を使用し、これを量子 TEDOPA (Q-TEDOPA) と呼び、線形結合されたオープン量子システムの非摂動ダイナミクスをシミュレートすることを提案します。ボソン環境(連続フォノンバス)へ。ハミルトニアンの基底変更を実行することにより、TEDOPA は局所的な最近隣相互作用のみを持つ調和発振器のチェーンを生成し、このアルゴリズムを超伝導量子プロセッサなどの量子ビット接続が制限された量子デバイスでの実装に適したものにします。私たちは、量子デバイス上の TEDOPA の実装を詳細に分析し、この研究で考慮されているシステムの時間発展シミュレーションでは、計算リソースの指数関数的なスケーリングが潜在的に回避できることを示します。提案された方法を、IBMQデバイス上の非マルコフ調和振動子環境に対する中程度の結合強度の領域における2つの集光分子間の励起子輸送のシミュレーションに適用しました。 Q-TEDOPA の応用は、量子生物学システムや強相関凝縮物質システムのダイナミクスなど、異なる分野に属する摂動技術では解決できない問題に及びます。

この論文では、古典的な TEDOPA 手法を量子計算に応用した、直交多項式アルゴリズムを備えた量子時間発展密度演算子 (Q-TEDOPA) を紹介します。この手法では、ボソン環境と線形結合した開いた量子システムの非摂動的なダイナミクスがシミュレートされます。超伝導量子プロセッサなど、量子ビット接続が制限された量子コンピュータ向けに設計された Q-TEDOPA は、ローカル最近傍相互作用のみを必要とします。我々はこの方法の複雑さを分析し、Q-TEDOPA が従来の対応物 (TEDOPA) と比較して指数関数的な高速化を達成できる可能性があることを示唆しています。最大 12 量子ビットを使用して、実際の IBMQ デバイス上で集光分子間の励起子輸送をシミュレーションすることで、その有用性を実証します。 Q-TEDOPA は、量子シミュレーション機能の強化に有望であり、従来の TEDOPA と比較してリソース効率の高いアプローチを提供します。

►BibTeXデータ

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上記の引用は SAO / NASA ADS (最後に正常に更新された2024-02-06 02:51:43)。 すべての出版社が適切で完全な引用データを提供するわけではないため、リストは不完全な場合があります。

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