Tricô de circuito com restrição aérea para dinâmica quântica variacional

Tricô de circuito com restrição aérea para dinâmica quântica variacional

Registro de data e hora: 21 de março de 2024, 1:06

Gian Gentineta, Friederike Metz e Giuseppe Carleo

Instituto de Física, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suíça
Centro de Ciência e Engenharia Quântica, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), CH-1015 Lausanne, Suíça

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Sumário

Simular a dinâmica de grandes sistemas quânticos é uma busca formidável, mas vital, para obter uma compreensão mais profunda dos fenômenos da mecânica quântica. Embora os computadores quânticos sejam uma grande promessa para acelerar tais simulações, a sua aplicação prática continua dificultada pela escala limitada e pelo ruído generalizado. Neste trabalho, propomos uma abordagem que aborda esses desafios, empregando a malha de circuitos para particionar um grande sistema quântico em subsistemas menores, cada um deles podendo ser simulado em um dispositivo separado. A evolução do sistema é governada pelo algoritmo de dinâmica quântica variacional projetada (PVQD), complementado com restrições nos parâmetros do circuito quântico variacional, garantindo que a sobrecarga de amostragem imposta pelo esquema de tricô do circuito permaneça controlável. Testamos nosso método em sistemas de spin quântico com vários blocos fracamente emaranhados, cada um consistindo de spins fortemente correlacionados, onde somos capazes de simular com precisão a dinâmica enquanto mantemos a sobrecarga de amostragem gerenciável. Além disso, mostramos que o mesmo método pode ser usado para reduzir a profundidade do circuito cortando portas de longo alcance.

Tricô de circuitos com restrição de sobrecarga para dinâmica quântica variacional PlatoBlockchain Data Intelligence. Pesquisa vertical. Ai.

Imagem em destaque: Evoluímos o estado $|psi(varphi_{t-1})rangle$ em um intervalo de tempo $Delta t$ enquanto mantemos a estrutura do ansatz fixa. Isso é conseguido otimizando os parâmetros variacionais $varphi$ de modo que a fidelidade entre o estado evoluído $e^{-iHDelta t}|psi(varphi_{t-1})rangle$ e o ansatz $|psi(varphi)rangle$ é maximizado. Para medir a fidelidade nos dispositivos quânticos, cortamos o circuito quântico global em subcircuitos usando circuitos tricotados. Isso ocorre ao custo de uma sobrecarga de amostragem $omega(varphi)$ que depende dos parâmetros variacionais. Para controlar a sobrecarga, projetamos os parâmetros de volta no subespaço onde $omega(varphi) leq tau$ para algum limite $tau$ após cada etapa de otimização.

Resumo popular

Neste trabalho, simulamos a dinâmica em tempo real de sistemas quânticos de muitos corpos compostos por múltiplos subsistemas fracamente correlacionados, distribuindo os subsistemas em vários dispositivos quânticos. Isto é conseguido com uma técnica conhecida como tricô de circuito que decompõe um canal quântico global em canais realizáveis ​​localmente através de uma distribuição de quase probabilidade. Ao custo de uma sobrecarga no número de medições, isto permite reconstruir classicamente o emaranhado entre os diferentes subsistemas. Em geral, o overhead de amostragem aumenta exponencialmente no tempo de simulação devido ao emaranhado entre os subsistemas que cresce ao longo do tempo.

Como principal contribuição do nosso trabalho, modificamos um algoritmo variacional de evolução quântica no tempo (PVQD), restringindo os parâmetros variacionais a um subespaço onde a sobrecarga de amostragem necessária permanece abaixo de um limite gerenciável. Mostramos que através deste algoritmo de otimização restrito, alcançamos altas fidelidades na evolução temporal de sistemas de spin quântico para limites realistas. A precisão da simulação pode ser controlada ajustando este novo hiperparâmetro, permitindo resultados ideais dado um orçamento fixo de recursos quânticos totais.

► dados BibTeX

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Citado por

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As citações acima são de SAO / NASA ADS (última atualização com êxito 2024-03-22 05:07:54). A lista pode estar incompleta, pois nem todos os editores fornecem dados de citação adequados e completos.

On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2024-03-22 05:07:53).

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