1Institutt for informatikk, University of Texas i Austin, Austin, TX 78712, USA.
2Zapata Computing Inc., Boston, MA 02110, USA.
Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.
Abstrakt
Betydelig innsats i anvendt kvanteberegning har blitt viet til problemet med grunntilstandsenergiestimering for molekyler og materialer. Likevel, for mange bruksområder av praktisk verdi, må ytterligere egenskaper ved grunntilstanden estimeres. Disse inkluderer Greens funksjoner som brukes til å beregne elektrontransport i materialer og matrisene med redusert tetthet med én partikkel som brukes til å beregne elektriske dipoler av molekyler. I denne artikkelen foreslår vi en kvanteklassisk hybridalgoritme for effektivt å estimere slike grunntilstandsegenskaper med høy nøyaktighet ved bruk av kvantekretser med lav dybde. Vi gir en analyse av ulike kostnader (kretsrepetisjoner, maksimal utviklingstid og forventet total kjøretid) som en funksjon av målnøyaktighet, spektralgap og initial grunntilstandsoverlapping. Denne algoritmen foreslår en konkret tilnærming til å bruke tidlige feiltolerante kvantedatamaskiner for å utføre industrirelevante molekyl- og materialberegninger.
Populært sammendrag
► BibTeX-data
► Referanser
[1] Yudong Cao, Jhonathan Romero og Alán Aspuru-Guzik. "Potensial av kvanteberegning for medikamentoppdagelse". 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, et al. "Kvantekjemi i kvanteberegningens tidsalder". Kjemiske anmeldelser 119, 10856–10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love og Martin Head-Gordon. "Simulert kvanteberegning av molekylære energier". Science 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 og Jeremy L O'brien. "En variasjonsegenverdiløser på en fotonisk kvanteprosessor". Naturformidling 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] Yigal Meir og Ned S Wingreen. "Landauer-formel for strømmen gjennom et samvirkende elektronområde". Physical review letters 68, 2512 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.2512
[6] Frank Jensen. "Introduksjon til beregningsbasert kjemi". John Wiley og sønner. (2017).
[7] Thomas E O'Brien, Bruno Senjean, Ramiro Sagastizabal, Xavier Bonet-Monroig, Alicja Dutkiewicz, Francesco Buda, Leonardo DiCarlo og Lucas Visscher. "Beregning av energiderivater for kvantekjemi på en kvantedatamaskin". npj Quantum Information 5, 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] Andris Ambainis. "Om fysiske problemer som er litt vanskeligere enn qma". I 2014 IEEE 29th Conference on Computational Complexity (CCC). Side 32–43. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2014.12
[9] Sevag Gharibian og Justin Yirka. "Kompleksiteten ved å simulere lokale målinger på kvantesystemer". Quantum 3, 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] Sevag Gharibian, Stephen Piddock og Justin Yirka. "Oracle kompleksitetsklasser og lokale målinger på fysiske Hamiltonianere". I Christophe Paul og Markus Bläser, redaktører, 37th International Symposium on Theoretical Aspects of Computer Science (STACS 2020). Bind 154 av Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), side 20:1–20:37. Dagstuhl, Tyskland (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2020.20
[11] David Poulin og Pawel Wocjan. "Forberede grunntilstander for kvante-mangekroppssystemer på en kvantedatamaskin". Fysisk vurderingsbrev 102, 130503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura og J Ignacio Cirac. "Raskere forberedelse av grunntilstand og høypresisjon bakkeenergiestimering med færre qubits". Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] Lin Lin og Yu Tong. "Nesten optimal grunntilstandsforberedelse". Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] Sam McArdle, Alexander Mayorov, Xiao Shan, Simon Benjamin og Xiao Yuan. "Digital kvantesimulering av molekylære vibrasjoner". Chemical science 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 og Jhonathan Romero. "Identifisering av utfordringer mot praktisk kvantefordel gjennom ressursestimering: måleveisperringen i den variasjonelle kvanteegenløseren" (2020). arXiv:2012.04001.
arxiv: 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson og Yudong Cao. "Minimering av estimeringstid på støyende kvantedatamaskiner". PRX Quantum 2, 010346 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010346
[17] Ryan Babbush, Jarrod R McClean, Michael Newman, Craig Gidney, Sergio Boixo og Hartmut Neven. "Fokus utover kvadratiske speedups for feilkorrigert kvantefordel". PRX Quantum 2, 010103 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] Kyle EC Booth, Bryan O'Gorman, Jeffrey Marshall, Stuart Hadfield og Eleanor Rieffel. "Kvanteakselerert begrensningsprogrammering". Quantum 5, 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] Earl T Campbell. "Tidlige feiltolerante simuleringer av Hubbard-modellen". Quantum Science and Technology 7, 015007 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ac3110
[20] Lin Lin og Yu Tong. "Heisenberg-begrenset energiestimering i grunntilstand for tidlige feiltolerante kvantedatamaskiner". PRX Quantum 3, 010318 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] David Layden. "Førsteordens traverfeil fra et andreordens perspektiv". Phys. Rev. Lett. 128, 210501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.210501
[22] Rolando D Somma. "Kvanteegenverdiestimering via tidsserieanalyse". New Journal of Physics 21, 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] Laura Clinton, Johannes Bausch, Joel Klassen og Toby Cubitt. "Faseestimering av lokale hamiltonianere på nisq-maskinvare" (2021). arXiv:2110.13584.
arxiv: 2110.13584
[24] Patrick Rall. "Raskere koherente kvantealgoritmer for fase-, energi- og amplitudeestimering". Quantum 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] Dominic W Berry, Andrew M Childs, Richard Cleve, Robin Kothari og Rolando D Somma. "Simulerer hamiltonsk dynamikk med en avkortet taylor-serie". Fysisk vurderingsbrev 114, 090502 (2015). url: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502
[26] Guang Hao Low og Isaac L Chuang. "Optimal Hamiltonsk simulering ved kvantesignalbehandling". Fysisk vurderingsbrev 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[27] Andrew M Childs, Dmitri Maslov, Yunseong Nam, Neil J Ross og Yuan Su. "Mot den første kvantesimuleringen med kvantehastighet". Proceedings of the National Academy of Sciences 115, 9456–9461 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] Guang Hao Low og Isaac L Chuang. "Hamiltonsk simulering ved kvbitisering". Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz og Rolando D Somma. "Optimale kvantemålinger av forventningsverdier for observerbare". Physical Review A 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328
[30] James D. Watson, Johannes Bausch og Sevag Gharibian. "Kompleksiteten til translasjonelt invariante problemer utover grunntilstandsenergier" (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 og Jeremy L O'brien. "En variasjonsegenverdiløser på en fotonisk kvanteprosessor". Naturformidling 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush og Alán Aspuru-Guzik. "Teorien om variasjonelle hybride kvante-klassiske algoritmer". New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] Attila Szabo og Neil S Ostlund. "Moderne kvantekjemi: introduksjon til avansert elektronisk strukturteori". Courier Corporation. (2012).
[34] Sevag Gharibian og François Le Gall. "Avkvantisere kvantesingularverditransformasjonen: Hardhet og anvendelser til kvantekjemi og kvante-pcp-formodningen". I Proceedings of the 54th Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Side 19–32. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén og Stacey Jeffery. "Kraften til blokkkodede matrisekrefter: Forbedrede regresjonsteknikker via raskere Hamilton-simulering". I Christel Baier, Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini og Stefano Leonardi, redaktører, 46th International Colloquium on Automata, Languages, and Programming (ICALP 2019). Bind 132 av Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), side 33:1–33:14. Dagstuhl, Tyskland (2019). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low og Nathan Wiebe. "Quante singular verditransformasjon og utover: eksponentielle forbedringer for kvantematrisearitmetikk". I Proceedings of the 51st Annual ACM SIGACT Symposium on Theory of Computing. Side 193–204. (2019).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] Patrick Rall. "Kvantealgoritmer for å estimere fysiske mengder ved bruk av blokkkodinger". Physical Review A 102, 022408 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
[38] Yu Tong, Dong An, Nathan Wiebe og Lin Lin. "Rask inversjon, forhåndsbetingede kvantelineære systemløsere, rask grønn-funksjonsberegning og rask evaluering av matrisefunksjoner". Physical Review A 104, 032422 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.104.032422
[39] Julia E Rice, Tanvi P Gujarati, Mario Motta, Tyler Y Takeshita, Eunseok Lee, Joseph A Latone og Jeannette M Garcia. "Kvanteberegning av dominerende produkter i litium-svovelbatterier". The Journal of Chemical Physics 154, 134115 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen, og Jeppe Olsen. "Molekylær elektronisk strukturteori". John Wiley og sønner. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] Jacob T Seeley, Martin J Richard og Peter J Love. "Bravyi-kitaev-transformasjonen for kvanteberegning av elektronisk struktur". The Journal of chemical physics 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] Aram W Harrow, Avinatan Hassidim og Seth Lloyd. "Kvantealgoritme for lineære ligningssystemer". Fysisk vurderingsbrev 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[43] Andrew M Childs, Robin Kothari og Rolando D Somma. "Kvantealgoritme for systemer med lineære ligninger med eksponentielt forbedret avhengighet av presisjon". SIAM Journal on Computing 46, 1920–1950 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
[44] Carlos Bravo-Prieto, Ryan LaRose, M. Cerezo, Yigit Subasi, Lukasz Cincio og Patrick J. Coles. "Variasjonell kvantelineær løser" (2019). arXiv:1909.05820.
arxiv: 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti og Patrick Rebentrost. "Nærtids kvantealgoritmer for lineære ligningssystemer med regresjonstapsfunksjoner". New Journal of Physics 23, 113021 (2021).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma og Davide Orsucci. "Kvantealgoritmer for systemer med lineære ligninger inspirert av adiabatisk kvanteberegning". Fysisk vurderingsbrev 122, 060504 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.060504
[47] Dong An og Lin Lin. "Kvantelineær systemløser basert på tidsoptimal adiabatisk kvanteberegning og omtrentlig kvanteoptimaliseringsalgoritme". ACM Transactions on Quantum Computing 3 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] Lin Lin og Yu Tong. "Optimal polynombasert kvanteegentilstandsfiltrering med applikasjon for å løse kvantelineære systemer". Quantum 4, 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] Rolando D Somma og Sergio Boixo. "Spektral gapforsterkning". SIAM Journal on Computing 42, 593–610 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] Yosi Atia og Dorit Aharonov. "Rask fremsending av hamiltonians og eksponentielt presise målinger". Naturformidling 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] Brielin Brown, Steven T Flammia og Norbert Schuch. "Beregningsvansker med å beregne tettheten av stater". Fysisk vurderingsbrev 107, 040501 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.040501
[52] Stephen P Jordan, David Gosset og Peter J Love. "Quantum-merlin-arthur - komplette problemer for stoquastic hamiltonians og markov-matriser". Physical Review A 81, 032331 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.032331
[53] Sevag Gharibian og Jamie Sikora. "Grunnstatstilkobling til lokale hamiltonianere". ACM Trans. Comput. Teori 10 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] James D. Watson og Johannes Bausch. "Kompleksiteten ved å tilnærme kritiske punkter i kvantefaseoverganger" (2021). arXiv:2105.13350.
arxiv: 2105.13350
Sitert av
[1] Pablo AM Casares, Roberto Campos og MA Martin-Delgado, "TFermion: A non-Clifford gate cost assessment library of quantum phase estimation algorithms for quantum chemistry", Quantum 6, 768 (2022).
[2] Yu Tong, "Designe algoritmer for å estimere grunntilstandsegenskaper på tidlige feiltolerante kvantedatamaskiner", Kvantevisninger 6, 65 (2022).
[3] Yulong Dong, Lin Lin og Yu Tong, "Grunntilstandsforberedelse og energiestimering på tidlige feiltolerante kvantedatamaskiner via kvanteegenverditransformasjon av enhetlige matriser", arxiv: 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan og Jhonathan Romero, "Reducing the cost of energy estimering in the variational kvanteegenløseralgoritme med robust amplitudeestimering", arxiv: 2203.07275.
[5] Guoming Wang, Sukin Sim og Peter D. Johnson, "State Preparation Boosters for Early Fault-Tolerant Quantum Computation", arxiv: 2202.06978.
Sitatene ovenfor er fra Crossrefs siterte tjeneste (sist oppdatert vellykket 2022-07-28 15:34:04) og SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2022-07-28 15:34:05). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.
Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.
