1Wydział Informatyki, University of Texas w Austin, Austin, TX 78712, USA.
2Zapata Computing Inc., Boston, MA 02110, USA.
Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.
Abstrakcyjny
Znaczny wysiłek w zakresie stosowanych obliczeń kwantowych poświęcono zagadnieniu szacowania energii stanu podstawowego dla cząsteczek i materiałów. Jednak dla wielu zastosowań o wartości praktycznej należy oszacować dodatkowe właściwości stanu podstawowego. Należą do nich funkcje Greena używane do obliczania transportu elektronów w materiałach oraz jednocząsteczkowe macierze o zmniejszonej gęstości używane do obliczania elektrycznych dipoli molekuł. W niniejszym artykule proponujemy kwantowo-klasyczny algorytm hybrydowy do efektywnego szacowania takich właściwości stanu podstawowego z dużą dokładnością przy użyciu obwodów kwantowych o małej głębokości. Zapewniamy analizę różnych kosztów (powtórzenia obwodów, maksymalny czas ewolucji i oczekiwany całkowity czas pracy) jako funkcję dokładności celu, luki spektralnej i nakładania się początkowego stanu podstawowego. Algorytm ten sugeruje konkretne podejście do wykorzystania odpornych na awarie komputerów kwantowych na wczesnym etapie do przeprowadzania odpowiednich obliczeń molekularnych i materiałowych.
Popularne podsumowanie
► Dane BibTeX
► Referencje
[1] Yudong Cao, Jhonathan Romero i Alán Aspuru-Guzik. „Potencjał obliczeń kwantowych do odkrywania leków”. 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 i in. „Chemia kwantowa w dobie informatyki kwantowej”. Przeglądy chemiczne 119, 10856–10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love i Martin Head-Gordon. „Symulowane obliczenia kwantowe energii molekularnych”. Nauka 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 i Jeremy L O'brien. „Wariantowy solwer wartości własnej na fotonicznym procesorze kwantowym”. Komunikaty przyrodnicze 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] Yigal Meir i Ned S Wingreen. „Wzór Landauera na prąd przez oddziałujący region elektronowy”. Listy przeglądów fizycznych 68, 2512 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.2512
[6] Franka Jensena. „Wprowadzenie do chemii obliczeniowej”. John Wiley & Synowie. (2017).
[7] Thomas E O'Brien, Bruno Senjean, Ramiro Sagastizabal, Xavier Bonet-Monroig, Alicja Dutkiewicz, Francesco Buda, Leonardo DiCarlo i Lucas Visscher. „Obliczanie pochodnych energii dla chemii kwantowej na komputerze kwantowym”. npj Informacje kwantowe 5, 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] Andrisa Ambainisa. „O problemach fizycznych, które są nieco trudniejsze niż qma”. W 2014 r. IEEE 29th Conference on Computational Complexity (CCC). Strony 32–43. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2014.12
[9] Sevag Gharibian i Justin Yirka. „Złożoność symulacji lokalnych pomiarów na układach kwantowych”. Quantum 3, 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] Sevag Gharibian, Stephen Piddock i Justin Yirka. „Klasy złożoności Oracle i lokalne pomiary na fizycznych Hamiltonianach”. W Christophe Paul i Markus Bläser, redaktorzy, 37. Międzynarodowe Sympozjum na temat Teoretycznych Aspektów Informatyki (STACS 2020). Tom 154 Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPics), strony 20:1-20:37. Dagstuhl, Niemcy (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https: // doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2020.20
[11] David Poulin i Paweł Wocjan. „Przygotowywanie stanów podstawowych kwantowych układów wielociałowych na komputerze kwantowym”. Pisma dotyczące przeglądu fizycznego 102, 130503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura i J. Ignacio Cirac. „Szybsze przygotowanie stanu podstawowego i precyzyjne oszacowanie energii gruntu przy mniejszej liczbie kubitów”. Czasopismo Fizyki Matematycznej 60, 022202 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] Lin Lin i Yu Tong. „Prawie optymalne przygotowanie do stanu podstawowego”. Kwant 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] Sam McArdle, Alexander Mayorov, Xiao Shan, Simon Benjamin i Xiao Yuan. „Cyfrowa kwantowa symulacja drgań molekularnych”. Nauka chemiczna 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 i Jhonathan Romero. „Identyfikacja wyzwań w kierunku praktycznej przewagi kwantowej poprzez szacowanie zasobów: przeszkoda pomiarowa w wariacyjnym kwantowym eigensolverze” (2020). arXiv:2012.04001.
arXiv: 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson i Yudong Cao. „Zminimalizowanie czasu wykonywania szacowania na hałaśliwych komputerach kwantowych”. 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 i Hartmut Neven. „Skup się poza kwadratowymi przyspieszeniami, aby uzyskać przewagę kwantową z korekcją błędów”. PRX Quantum 2, 010103 (2021).
https: // doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] Kyle EC Booth, Bryan O'Gorman, Jeffrey Marshall, Stuart Hadfield i Eleanor Rieffel. „Programowanie z ograniczeniami z akceleracją kwantową”. Kwant 5, 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] Hrabia T Campbell. „Wczesne symulacje odporne na awarie modelu Hubbarda”. Nauka i technologia kwantowa 7, 015007 (2021).
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/ac3110
[20] Lin Lin i Yu Tong. „Oszacowanie energii stanu podstawowego ograniczone Heisenbergiem dla wczesnych, odpornych na uszkodzenia komputerów kwantowych”. PRX Quantum 3, 010318 (2022).
https: // doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] Davida Laydena. „Błąd kłusaka pierwszego rzędu z perspektywy drugiego rzędu”. Fiz. Ks. 128, 210501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.210501
[22] Rolando D. Sommę. „Oszacowanie kwantowej wartości własnej za pomocą analizy szeregów czasowych”. Nowy Dziennik Fizyki 21, 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] Laura Clinton, Johannes Bausch, Joel Klassen i Toby Cubitt. „Estymacja fazowa lokalnych hamiltonian na sprzęcie nisq” (2021). arXiv:2110.13584.
arXiv: 2110.13584
[24] Patricka Ralla. „Szybsze spójne algorytmy kwantowe do estymacji fazy, energii i amplitudy”. Kwant 5, 566 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-10-19-566
[25] Dominic W Berry, Andrew M Childs, Richard Cleve, Robin Kothari i Rolando D Somma. „Symulowanie dynamiki hamiltonowskiej za pomocą skróconej serii Taylora”. Fizyczne listy kontrolne 114, 090502 (2015). url: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502
[26] Guang Hao Low i Izaak L Chuang. „Optymalna symulacja hamiltonowska dzięki kwantowemu przetwarzaniu sygnału”. Fizyczne listy kontrolne 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[27] Andrew M Childs, Dmitri Maslov, Yunseong Nam, Neil J Ross i Yuan Su. „W kierunku pierwszej symulacji kwantowej z przyspieszeniem kwantowym”. Materiały Narodowej Akademii Nauk 115, 9456–9461 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] Guang Hao Low i Izaak L Chuang. „Symulacja Hamiltona przez kubityzację”. Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz i Rolando D Somma. „Optymalne pomiary kwantowe wartości oczekiwanych obserwabli”. Przegląd fizyczny A 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328
[30] James D. Watson, Johannes Bausch i Sevag Gharibian. „Złożoność translacyjnie niezmiennych problemów wykraczających poza energie stanu podstawowego” (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 i Jeremy L O'brien. „Wariantowy solwer wartości własnej na fotonicznym procesorze kwantowym”. Komunikaty przyrodnicze 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] Jarrod R McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush i Alán Aspuru-Guzik. „Teoria wariacyjnych hybrydowych algorytmów kwantowo-klasycznych”. Nowy Czasopismo Fizyki 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] Attila Szabo i Neil S Ostlund. „Współczesna chemia kwantowa: wprowadzenie do zaawansowanej teorii struktury elektronowej”. Korporacja kurierska. (2012).
[34] Sevag Gharibian i François Le Gall. „Dekwantyzacja kwantowej transformacji wartości osobliwej: twardość i zastosowania w chemii kwantowej i kwantowej hipotezie pcp”. W materiałach 54. dorocznego sympozjum ACM SIGACT na temat teorii informatyki. Strony 19–32. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén i Stacey Jeffery. „Moc mocy macierzy zakodowanych blokowo: ulepszone techniki regresji poprzez szybszą symulację hamiltonianu”. W Christel Baier, Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini i Stefano Leonardi, redaktorzy 46th International Colloquium on Automata, Languages and Programming (ICALP 2019). Tom 132 Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPics), strony 33:1–33:14. Dagstuhl, Niemcy (2019). Schloss Dagstuhl-Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low i Nathan Wiebe. „Kwantowa transformacja wartości osobliwej i nie tylko: wykładnicze ulepszenia arytmetyki macierzy kwantowej”. W materiałach 51. dorocznego sympozjum ACM SIGACT na temat teorii informatyki. Strony 193-204. (2019).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] Patricka Ralla. „Algorytmy kwantowe do szacowania wielkości fizycznych za pomocą kodowania blokowego”. Przegląd fizyczny A 102, 022408 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
[38] Yu Tong, Dong An, Nathan Wiebe i Lin Lin. „Szybka inwersja, wstępnie uwarunkowane kwantowe solwery systemów liniowych, szybkie obliczanie funkcji Greena i szybka ocena funkcji macierzowych”. Przegląd fizyczny 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 i Jeannette M Garcia. „Obliczenia kwantowe dominujących produktów w bateriach litowo-siarkowych”. The Journal of Chemical Physics 154, 134115 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen i Jeppe Olsen. „Teoria molekularnej struktury elektronowej”. John Wiley & Synowie. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] Jacob T Seeley, Martin J Richard i Peter J Love. „Transformacja Bravyi-Kitaeva do kwantowego obliczania struktury elektronowej”. Dziennik fizyki chemicznej 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] Aram W Harrow, Avinatan Hassidim i Seth Lloyd. „Algorytm kwantowy dla liniowych układów równań”. Fizyczne listy kontrolne 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[43] Andrew M Childs, Robin Kothari i Rolando D Somma. „Algorytm kwantowy dla układów równań liniowych z wykładniczo poprawioną zależnością od precyzji”. SIAM Journal on Computing 46, 1920-1950 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 16M1087072
[44] Carlos Bravo-Prieto, Ryan LaRose, M. Cerezo, Yigit Subasi, Łukasz Cincio i Patrick J. Coles. „Wariantowy kwantowy solwer liniowy” (2019). arXiv: 1909.05820.
arXiv: 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti i Patrick Rebentrost. „Norterminowe algorytmy kwantowe dla liniowych układów równań z regresyjnymi funkcjami strat”. Nowy Dziennik Fizyki 23, 113021 (2021).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma i Davide Orsucci. „Algorytmy kwantowe dla układów równań liniowych inspirowane adiabatycznymi obliczeniami kwantowymi”. Fizyczne listy kontrolne 122, 060504 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.060504
[47] Dong An i Lin Lin. „Kwantowy solwer systemów liniowych oparty na optymalnych w czasie adiabatycznych obliczeniach kwantowych i algorytmie aproksymacji kwantowej”. Transakcje ACM dotyczące obliczeń kwantowych 3 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] Lin Lin i Yu Tong. „Optymalne wielomianowe filtrowanie kwantowych stanów własnych z zastosowaniem do rozwiązywania kwantowych układów liniowych”. Kwant 4, 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] Rolando D Somma i Sergio Boixo. „Wzmocnienie szczeliny spektralnej”. SIAM Journal on Computing 42, 593-610 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] Yosi Atia i Dorit Aharonov. „Szybkie przekazywanie hamiltonian i wykładniczo precyzyjne pomiary”. Komunikaty przyrodnicze 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] Brielin Brown, Steven T Flammia i Norbert Schuch. „Trudność obliczeniowa obliczania gęstości stanów”. Pisma dotyczące przeglądu fizycznego 107, 040501 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.040501
[52] Stephen P Jordan, David Gosset i Peter J Love. „Zagadnienia kwantowo-merlinowo-arturowe-zupełne dla stoquastycznych hamiltonianów i macierzy Markowa”. Przegląd fizyczny A 81, 032331 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.032331
[53] Sevag Gharibian i Jamie Sikora. „Łączność stanów naziemnych lokalnych hamiltonian”. ACM Trans. Komputer. Teoria 10 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] Jamesa D. Watsona i Johannesa Bauscha. „Złożoność aproksymacji punktów krytycznych kwantowych przejść fazowych” (2021). arXiv:2105.13350.
arXiv: 2105.13350
Cytowany przez
[1] Pablo AM Casares, Roberto Campos, i MA Martin-Delgado, „TFermion: A non-Clifford gate cost assessment library of quantum phase assessment algorytms for quantum chemistry”, Kwant 6, 768 (2022).
[2] Yu Tong, „Projektowanie algorytmów do szacowania właściwości stanu podstawowego na wczesnych komputerach kwantowych odpornych na uszkodzenia”, Widoki kwantowe 6, 65 (2022).
[3] Yulong Dong, Lin Lin i Yu Tong, „Przygotowanie stanu podstawowego i szacowanie energii na wczesnych, odpornych na uszkodzenia komputerach kwantowych poprzez kwantową transformację wartości własnych macierzy unitarnych”, arXiv: 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan i Jhonathan Romero, „Zmniejszenie kosztu szacowania energii w wariacji algorytm kwantowego eigensolvera z solidną estymacją amplitudy”, arXiv: 2203.07275.
[5] Guoming Wang, Sukin Sim i Peter D. Johnson, „Wspomagacze przygotowania stanu do wczesnych, odpornych na błędy obliczeń kwantowych”, arXiv: 2202.06978.
Powyższe cytaty pochodzą z Serwis cytowany przez Crossref (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2022-07-28 15:34:04) i Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2022-07-28 15:34:05). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.
Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.
