1텍사스 오스틴 소재 텍사스 대학교 컴퓨터 공학과(미국 텍사스주 오스틴 78712).
2Zapata Computing Inc., 보스턴, MA 02110, 미국.
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추상
응용 양자 컴퓨팅에서의 상당한 노력은 분자 및 물질에 대한 바닥 상태 에너지 추정 문제에 전념해 왔습니다. 그러나 실용적인 가치의 많은 적용을 위해 바닥 상태의 추가 속성을 추정해야 합니다. 여기에는 재료의 전자 수송을 계산하는 데 사용되는 Green의 함수와 분자의 전기 쌍극자를 계산하는 데 사용되는 단일 입자 감소 밀도 행렬이 포함됩니다. 본 논문에서는 저심도 양자 회로를 이용하여 이러한 기저 상태 특성을 고정밀도로 효율적으로 추정하기 위한 양자-고전 하이브리드 알고리즘을 제안한다. 목표 정확도, 스펙트럼 갭 및 초기 접지 상태 중첩의 함수로 다양한 비용(회로 반복, 최대 진화 시간 및 예상 총 런타임)에 대한 분석을 제공합니다. 이 알고리즘은 산업 관련 분자 및 재료 계산을 수행하기 위해 초기 내결함성 양자 컴퓨터를 사용하는 구체적인 접근 방식을 제안합니다.
인기 요약
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► 참고 문헌
[1] 유동 차오, 조나단 로메로, 알란 아스푸루-구직. "약물 발견을 위한 양자 컴퓨팅의 가능성". IBM 연구 개발 저널 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 등 "양자 컴퓨팅 시대의 양자 화학". 화학 리뷰 119, 10856–10915(2019).
https : / /doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love 및 Martin Head-Gordon. "분자 에너지의 시뮬레이션된 양자 계산". 과학 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 및 Jeremy L O'brien. "광자 양자 프로세서에 대한 변동 고유값 솔버". 네이처 커뮤니케이션즈 5, 1–7 (2014).
https : / /doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] 이갈 메이어와 네드 S 윈그린. "상호 작용하는 전자 영역을 통한 전류에 대한 Landauer 공식". 물리적 검토 편지 68, 2512(1992).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.68.2512
[6] 프랭크 젠슨. "전산 화학 입문". 존 와일리 & 선즈. (2017).
[7] Thomas E O'Brien, Bruno Senjean, Ramiro Sagastizabal, Xavier Bonet-Monroig, Alicja Dutkiewicz, Francesco Buda, Leonardo DiCarlo, Lucas Visscher. "양자 컴퓨터에서 양자 화학을 위한 에너지 도함수 계산". npj 양자 정보 5, 1–12(2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] 안드리스 암베니스. "qma보다 약간 더 어려운 물리적 문제에 대해". 2014년 IEEE 29차 CCC(Computational Complexity) 컨퍼런스에서. 32~43페이지. (2014).
https : / /doi.org/10.1109/CCC.2014.12
[9] 세바그 가리비안과 저스틴 이르카. "양자 시스템에서 로컬 측정 시뮬레이션의 복잡성". 양자 3, 189(2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] 세바그 가리비안, 스티븐 피독, 저스틴 이르카. "물리적 Hamiltonians에 대한 Oracle 복잡성 클래스 및 로컬 측정". Christophe Paul과 Markus Bläser, 편집자, 컴퓨터 과학의 이론적 측면에 관한 제37회 국제 심포지엄(STACS 2020). 라이프니츠 국제 정보학 회보(LIPIcs) 154권, 20:1–20:37 페이지. 독일 Dagstuhl (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https : / /doi.org/10.4230/LIPIcs.STACS.2020.20
[11] David Poulin과 Pawel Wocjan. "양자 컴퓨터에서 양자 다물체 시스템의 기저 상태 준비". 물리적 검토 편지 102, 130503(2009).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura, J Ignacio Cirac. "더 적은 큐비트로 더 빠른 지상 상태 준비 및 고정밀 지상 에너지 추정". 수리 물리학 저널 60, 022202(2019).
https : / /doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] Lin Lin과 Yu Tong. "최적에 가까운 지상 상태 준비". 퀀텀 4, 372(2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] Sam McArdle, Alexander Mayorov, Xiao Shan, Simon Benjamin, Xiao Yuan. "분자 진동의 디지털 양자 시뮬레이션". 화학 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, Jhonathan Romero. "자원 추정을 통한 실질적인 양자 이점에 대한 도전 식별: 변동 양자 고유 해석기의 측정 장애물"(2020). arXiv:2012.04001.
arXiv : 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson 및 Yudong Cao. "노이즈 양자 컴퓨터에서 추정 런타임 최소화". PRX 양자 2, 010346(2021).
https : / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010346
[17] Ryan Babbush, Jarrod R McClean, Michael Newman, Craig Gidney, Sergio Boixo 및 Hartmut Neven. "오류 수정된 양자 이점을 위한 2차 속도 향상 이상의 초점". PRX 퀀텀 010103, 2021(XNUMX).
https : / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] Kyle EC Booth, Bryan O'Gorman, Jeffrey Marshall, Stuart Hadfield, Eleanor Rieffel. "양자 가속 제약 프로그래밍". 퀀텀 5, 550(2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] 얼 T 캠벨. "허바드 모델의 초기 내결함성 시뮬레이션". 양자 과학 및 기술 7, 015007(2021).
https : / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ac3110
[20] Lin Lin과 Yu Tong. "초기 내결함성 양자 컴퓨터를 위한 하이젠베르크 제한 바닥 상태 에너지 추정". PRX 양자 3, 010318(2022).
https : / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] 데이비드 레이든. "128차 관점에서 본 210501차 족보 오류". 물리. 레트 목사 2022, XNUMX(XNUMX).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.128.210501
[22] 롤란도 D 솜마. “시계열 분석을 통한 양자 고유값 추정”. New Journal of Physics 21, 123025(2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] 로라 클린턴, 요하네스 바우쉬, 조엘 클라센, 토비 큐빗. "nisq 하드웨어에서 로컬 해밀턴의 위상 추정"(2021). arXiv:2110.13584.
arXiv : 2110.13584
[24] 패트릭 랄. "위상, 에너지 및 진폭 추정을 위한 더 빠른 코히어런트 양자 알고리즘". 퀀텀 5, 566(2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] Dominic W Berry, Andrew M Childs, Richard Cleve, Robin Kothari 및 Rolando D Somma. "잘린 테일러 시리즈로 해밀턴 역학 시뮬레이션". 물리적 검토 편지 114, 090502(2015). URL: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.114.090502
[26] Guang Hao Low와 Isaac L Chuang. "양자 신호 처리에 의한 최적의 해밀턴 시뮬레이션". 물리적 검토 편지 118, 010501(2017).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.118.010501
[27] Andrew M Childs, Dmitri Maslov, 남윤성, Neil J Ross, Yuan Su. "양자 속도 향상을 통한 최초의 양자 시뮬레이션을 향하여". 국립과학원 회보 115, 9456–9461(2018).
https : / /doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] Guang Hao Low와 Isaac L Chuang. "큐비트화에 의한 해밀턴 시뮬레이션". 양자 3, 163(2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz, Rolando D Somma. "관측 가능한 기대값의 최적 양자 측정". Physical Review A 75, 012328(2007).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.75.012328
[30] 제임스 D. 왓슨, 요하네스 바우쉬, 세바그 가리비안. "바닥 상태 에너지를 넘어서는 병진 불변 문제의 복잡성"(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 및 Jeremy L O'brien. "광자 양자 프로세서에 대한 변동 고유값 솔버". 네이처 커뮤니케이션즈 5, 1–7 (2014).
https : / /doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush 및 Alán Aspuru-Guzik. "변이 하이브리드 양자-고전 알고리즘 이론". New Journal of Physics 18, 023023(2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] Attila Szabo와 Neil S Ostlund. "현대 양자 화학: 고급 전자 구조 이론 소개". 택배회사. (2012).
[34] 세바그 가리비안과 프랑수아 르 갈. "양자 특이값 변환의 역양자화: 경도 및 양자 화학 및 양자 pcp 추측에 대한 응용". 컴퓨팅 이론에 관한 제54회 연례 ACM SIGACT 심포지엄의 절차에서. 19~32페이지. (2022).
https : / /doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén 및 Stacey Jeffery. "블록으로 인코딩된 행렬의 힘: 더 빠른 해밀턴 시뮬레이션을 통한 향상된 회귀 기술". Christel Baier, Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini 및 Stefano Leonardi 편집자, Automata, 언어 및 프로그래밍에 관한 제46회 국제 콜로키움(ICALP 2019). 라이프니츠 국제 정보학 회보(LIPIcs) 132권, 33:1–33:14 페이지. 독일 Dagstuhl (2019). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https : / /doi.org/10.4230/LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low 및 Nathan Wiebe. "양자 특이값 변환 및 그 이상: 양자 행렬 산술의 기하급수적 개선". 컴퓨팅 이론에 관한 제51회 연례 ACM SIGACT 심포지엄의 절차에서. 193~204페이지. (2019).
https : / /doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] 패트릭 랄. "블록 인코딩을 사용하여 물리량을 추정하기 위한 양자 알고리즘". 물리적 검토 A 102, 022408(2020).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.102.022408
[38] Yu Tong, Dong An, Nathan Wiebe, Lin Lin. "빠른 역전, 사전 조절된 양자 선형 시스템 솔버, 빠른 녹색 함수 계산 및 행렬 함수의 빠른 평가". 물리적 검토 A 104, 032422(2021).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.104.032422
[39] Julia E Rice, Tanvi P Gujarati, Mario Motta, Tyler Y Takeshita, 이은석, Joseph A Latone, Jeannette M Garcia. "리튬-황 배터리에서 지배적인 제품의 양자 계산". 화학 물리학 저널 154, 134115(2021).
https : / /doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen 및 Jeppe Olsen. "분자 전자 구조 이론". 존 와일리 & 선즈. (2014).
https : / /doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] Jacob T Seeley, Martin J Richard, Peter J Love. "전자 구조의 양자 계산을 위한 bravyi-kitaev 변환". 화학물리학회지 137, 224109(2012).
https : / /doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] Aram W Harrow, Avinatan Hassidim 및 Seth Lloyd. "선형 방정식 시스템을 위한 양자 알고리즘". 물리적 검토 편지 103, 150502(2009).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.103.150502
[43] 앤드류 M 차일즈, 로빈 코타리, 롤란도 D 솜마. "정밀도에 대한 의존성이 기하급수적으로 개선된 선형 방정식 시스템을 위한 양자 알고리즘". 컴퓨팅에 관한 SIAM 저널 46, 1920–1950(2017).
https : / //doi.org/10.1137/ 16M1087072
[44] Carlos Bravo-Prieto, Ryan LaRose, M. Cerezo, Yigit Subasi, Lukasz Cincio 및 Patrick J. Coles. "변이 양자 선형 솔버"(2019). arXiv:1909.05820.
arXiv : 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti 및 Patrick Rebentrost. "회귀 손실 함수가 있는 선형 방정식 시스템에 대한 단기 양자 알고리즘". New Journal of Physics 23, 113021(2021).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma, Davide Orsucci. "단열 양자 컴퓨팅에서 영감을 얻은 선형 방정식 시스템을 위한 양자 알고리즘". 물리적 검토 편지 122, 060504(2019).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.122.060504
[47] 동안과 린린. "시간 최적 단열 양자 컴퓨팅 및 양자 근사 최적화 알고리즘을 기반으로 하는 양자 선형 시스템 솔버". 양자 컴퓨팅 3(2022)에 대한 ACM 거래.
https : / /doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] Lin Lin과 Yu Tong. "양자 선형 시스템 해결에 적용한 최적 다항식 기반 양자 고유 상태 필터링". 양자 4, 361(2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] 롤란도 D 솜마와 세르히오 보이소. "스펙트럼 갭 증폭". 컴퓨팅에 관한 SIAM 저널 42, 593–610(2013).
https : / /doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] 요시 아티아와 도리트 아하로노프. "해밀턴의 빠른 전달 및 기하급수적으로 정확한 측정". 네이처 커뮤니케이션즈 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] Brielin Brown, Steven T Flammia, Norbert Schuch. "상태 밀도를 계산하는 계산상의 어려움". 물리적 검토 편지 107, 040501(2011).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevLett.107.040501
[52] 스티븐 P 조던, 데이비드 고셋, 피터 J 러브. "양자 멀린 아서 - 확률적 해밀토니안과 마르코프 행렬에 대한 완전한 문제". Physical Review A 81, 032331(2010).
https : / /doi.org/10.1103/ PhysRevA.81.032331
[53] 세바그 가리비안과 제이미 시코라. "지역 해밀턴 주민들의 접지 상태 연결성". ACM트랜스 계산 이론 10(2018).
https : / /doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] 제임스 D. 왓슨과 요하네스 바우쉬. "양자 상전이의 임계점 근사화의 복잡성"(2021). arXiv:2105.13350.
arXiv : 2105.13350
인용
[1] Pablo AM Casares, Roberto Campos 및 MA Martin-Delgado, "TFermion: 양자 화학을 위한 양자 위상 추정 알고리즘의 비 Clifford 게이트 비용 평가 라이브러리", 퀀텀 6, 768 (2022).
[2] Yu Tong, "초기 내결함성 양자 컴퓨터에서 바닥 상태 속성을 추정하기 위한 알고리즘 설계", 퀀텀 뷰 6, 65 (2022).
[3] Yulong Dong, Lin Lin, Yu Tong, "단위 행렬의 양자 고유값 변환을 통한 초기 내결함성 양자 컴퓨터에 대한 접지 상태 준비 및 에너지 추정", arXiv : 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan, Jhonathan Romero, “변형에서 에너지 추정 비용 절감 강력한 진폭 추정이 가능한 양자 고유 솔버 알고리즘", arXiv : 2203.07275.
[5] Guoming Wang, Sukin Sim 및 Peter D. Johnson, "조기 내결함성 양자 계산을 위한 상태 준비 부스터", arXiv : 2202.06978.
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