Simulari cuantice compozite

Simulari cuantice compozite

Marca temporală: 14 noiembrie 2023, ora 6:16
Composite Quantum Simulations PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Matthew Hagan1 și Nathan Wiebe2,3,4

1Departamentul de Fizică, Universitatea din Toronto, Toronto ON, Canada
2Departamentul de Informatică, Universitatea din Toronto, Toronto ON, Canada
3Pacific Northwest National Laboratory, Richland Wa, SUA
4Institutul Canadian pentru Studii Avansate, Toronto ON, Canada

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

În această lucrare, oferim un cadru pentru combinarea mai multor metode de simulare cuantică, cum ar fi formulele Trotter-Suzuki și QDrift într-un singur canal compozit, care se bazează pe idei de coalescență mai vechi pentru reducerea numărului de porți. Ideea centrală din spatele abordării noastre este de a folosi o schemă de partiționare care alocă un termen hamiltonian părții Trotter sau QDrift a unui canal în cadrul simulării. Acest lucru ne permite să simulăm termeni mici, dar numeroși folosind QDrift, în timp ce simulăm termenii mai mari folosind o formulă Trotter-Suzuki de ordin înalt. Demonstrăm limite riguroase ale distanței de diamant dintre canalul Compozit și canalul ideal de simulare și arătăm în ce condiții costul implementării canalului Compozit este asimptotic delimitat superior de metodele care îl cuprind atât pentru partiționarea probabilistică a termenilor, cât și pentru partiționarea deterministă. În cele din urmă, discutăm strategii pentru determinarea schemelor de partiționare, precum și metode pentru încorporarea diferitelor metode de simulare în același cadru.

► Date BibTeX

► Referințe

[1] James D Whitfield, Jacob Biamonte și Alán Aspuru-Guzik. „Simularea structurii electronice hamiltoniene folosind calculatoare cuantice”. Molecular Physics 109, 735–750 (2011). url: https://​/​doi.org/​10.1080/​00268976.2011.552441.
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00268976.2011.552441

[2] Stephen P Jordan, Keith SM Lee și John Preskill. „Algoritmi cuantici pentru teoriile câmpurilor cuantice”. Science 336, 1130–1133 (2012). url: https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1217069.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1217069

[3] Markus Reiher, Nathan Wiebe, Krysta M Svore, Dave Wecker și Matthias Troyer. „Elucidarea mecanismelor de reacție pe calculatoarele cuantice”. Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 7555–7560 (2017). url: https://​/​doi.org/​10.1073/​pnas.1619152114.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1619152114

[4] Ryan Babbush, Dominic W. Berry și Hartmut Neven. „Simularea cuantică a modelului sachdev-ye-kitaev prin qubitizare asimetrică”. Fiz. Rev. A 99, 040301 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.99.040301

[5] Yuan Su, Dominic W. Berry, Nathan Wiebe, Nicholas Rubin și Ryan Babbush. „Simulări cuantice tolerante la erori ale chimiei în prima cuantizare”. PRX Quantum 2, 040332 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040332

[6] Thomas E. O'Brien, Michael Streif, Nicholas C. Rubin, Raffaele Santagati, Yuan Su, William J. Huggins, Joshua J. Goings, Nikolaj Moll, Elica Kyoseva, Matthias Degroote, Christofer S. Tautermann, Joonho Lee, Dominic W Berry, Nathan Wiebe și Ryan Babbush. „Calcul cuantic eficient al forțelor moleculare și al altor gradienți de energie”. Fiz. Rev. Res. 4, 043210 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.043210

[7] Dorit Aharov și Amnon Ta-Șma. „Generarea stării cuantice adiabatice și cunoașterea zero statistică”. În Actele celui de-al treizeci și cincilea simpozion anual ACM despre teoria calculului. Paginile 20–29. (2003). url: https://​/​doi.org/​10.1145/​780542.780546.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 780542.780546

[8] Dominic W Berry, Graeme Ahokas, Richard Cleve și Barry C Sanders. „Algoritmi cuantici eficienți pentru simularea hamiltonienilor rare”. Communications in Mathematical Physics 270, 359–371 (2007). url: https://​/​doi.org/​10.1007/​s00220-006-0150-x.
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-006-0150-x

[9] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, Richard Cleve, Robin Kothari și Rolando D. Somma. „Simulând dinamica hamiltoniană cu o serie Taylor trunchiată”. Fiz. Rev. Lett. 114, 090502 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502

[10] Andrew M. Childs, Aaron Ostrander și Yuan Su. „Simulare cuantică mai rapidă prin randomizare”. Quantum 3, 182 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-09-02-182

[11] Guang Hao Low și Isaac L. Chuang. „Simularea hamiltoniană prin cobitizare”. Quantum 3, 163 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2019-07-12-163

[12] Guang Hao Low, Vadym Kliuchnikov și Nathan Wiebe. „Simulare hamiltoniană multiprodus bine condiționată” (2019). url: https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1907.11679.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1907.11679

[13] Guang Hao Low și Nathan Wiebe. „Simularea hamiltoniană în imaginea de interacțiune” (2019). arXiv:1805.00675.
arXiv: 1805.00675

[14] Earl Campbell. „Compilator aleatoriu pentru simulare hamiltoniană rapidă”. Fiz. Rev. Lett. 123, 070503 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.070503

[15] Nathan Wiebe, Dominic Berry, Peter Høyer și Barry C Sanders. „Descompoziții de ordin superior ale exponențialelor operatorilor ordonate”. Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 43, 065203 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1751-8113/​43/​6/​065203

[16] Andrew M. Childs, Yuan Su, Minh C. Tran, Nathan Wiebe și Shuchen Zhu. „Teoria erorii trotterului cu scalarea comutatorului”. Fiz. Rev. X 11, 011020 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.11.011020

[17] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, Yuan Su, Xin Wang și Nathan Wiebe. „Simulare hamiltoniană dependentă de timp cu scalare normală $L^1$”. Quantum 4, 254 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-04-20-254

[18] Dave Wecker, Bela Bauer, Bryan K. Clark, Matthew B. Hastings și Matthias Troyer. „Estimări ale numărului de porți pentru efectuarea chimiei cuantice pe computere cuantice mici”. Revista fizică A 90 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.90.022305

[19] David Poulin, Matthew B Hastings, Dave Wecker, Nathan Wiebe, Andrew C Doherty și Matthias Troyer. „Mărimea pasului trotterului necesară pentru simularea cuantică precisă a chimiei cuantice” (2014). url: https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1406.4920.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.1406.4920

[20] Ian D Kivlichan, Christopher E Granade și Nathan Wiebe. „Estimarea fazei cu hamiltonieni randomizati” (2019). arXiv:1907.10070.
arXiv: 1907.10070

[21] Abhishek Rajput, Alessandro Roggero și Nathan Wiebe. „Metode hibridizate pentru simularea cuantică în imaginea de interacțiune”. Quantum 6, 780 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-08-17-780

[22] Yingkai Ouyang, David R. White și Earl T. Campbell. „Compilare prin sparsificare hamiltoniană stocastică”. Quantum 4, 235 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-02-27-235

[23] Shi Jin și Xiantao Li. „Un algoritm de trot parțial aleatoriu pentru simulări cuantice hamiltoniene” (2021). url: https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2109.07987.
https://​/​doi.org/​10.48550/​arXiv.2109.07987

[24] Ryan Babbush, Nathan Wiebe, Jarrod McClean, James McClain, Hartmut Neven și Garnet Kin-Lic Chan. „Simularea cuantică la adâncime mică a materialelor”. Fiz. Rev. X 8, 011044 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.8.011044

[25] Masuo Suzuki. „Descompunerea fractală a operatorilor exponențiali cu aplicații la teorii cu mai multe corpuri și simulări Monte Carlo”. Litere de fizică A 146, 319–323 (1990).
https:/​/​doi.org/​10.1016/​0375-9601(90)90962-N

[26] Andrew M Childs și Nathan Wiebe. „Simularea hamiltoniană folosind combinații liniare de operații unitare” (2012). url: https://​/​doi.org/​10.26421/​QIC12.11-12.
https: / / doi.org/ 10.26421 / QIC12.11-12

[27] Paul K Faehrmann, Mark Steudtner, Richard Kueng, Maria Kieferova și Jens Eisert. „Randomizarea formulelor cu mai multe produse pentru o simulare hamiltoniană îmbunătățită” (2021). url: https://​/​ui.adsabs.harvard.edu/​link_gateway/​2022Quant…6..806F/​doi:10.48550/​arXiv.2101.07808.
https:/​/​ui.adsabs.harvard.edu/​link_gateway/​2022Quant…6..806F/​doi:10.48550/​arXiv.2101.07808

[28] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs și Robin Kothari. „Simulare hamiltoniană cu dependență aproape optimă de toți parametrii”. În 2015, cel de-al 56-lea simpozion anual IEEE privind fundamentele informaticii. Paginile 792–809. (2015).
https: / / doi.org/ 10.1109 / FOCS.2015.54

[29] Chi-Fang Chen, Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng și Joel A. Tropp. „Concentrație pentru formule ale produselor aleatorii”. PRX Quantum 2 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.040305

Citat de

[1] Alexander M. Dalzell, Sam McArdle, Mario Berta, Przemyslaw Bienias, Chi-Fang Chen, András Gilyén, Connor T. Hann, Michael J. Kastoryano, Emil T. Khabiboulline, Aleksander Kubica, Grant Salton, Samson Wang și Fernando GSL Brandão, „Algoritmi cuantici: un studiu asupra aplicațiilor și complexităților de la capăt la capăt”, arXiv: 2310.03011, (2023).

[2] Etienne Granet și Henrik Dreyer, „Continuous Hamiltonian dynamics on noisy digital quantum computers without Trotter error”, arXiv: 2308.03694, (2023).

[3] Almudena Carrera Vazquez, Daniel J. Egger, David Ochsner și Stefan Woerner, „Well-conditioned multi-product formules for hardware-friendly Hamiltonian simulation”, Quantum 7, 1067 (2023).

[4] Matthew Pocrnic, Matthew Hagan, Juan Carrasquilla, Dvira Segal și Nathan Wiebe, „Composite QDrift-Product Formulas for Quantum and Classical Simulations in Real and Imaginary Time”, arXiv: 2306.16572, (2023).

[5] Nicholas H. Stair, Cristian L. Cortes, Robert M. Parrish, Jeffrey Cohn și Mario Motta, „Stochastic quantum Krylov protocol with double-factorized Hamiltonians”, Revista fizică A 107 3, 032414 (2023).

[6] Gumaro Rendon, Jacob Watkins și Nathan Wiebe, „Improved Accuracy for Trotter Simulations Using Chebyshev Interpolation”, arXiv: 2212.14144, (2022).

[7] Zhicheng Zhang, Qisheng Wang și Mingsheng Ying, „Algoritmul cuantic paralel pentru simularea hamiltoniană”, arXiv: 2105.11889, (2021).

[8] Maximilian Amsler, Peter Deglmann, Matthias Degroote, Michael P. Kaicher, Matthew Kiser, Michael Kühn, Chandan Kumar, Andreas Maier, Georgy Samsonidze, Anna Schroeder, Michael Streif, Davide Vodola și Christopher Wever, „Quantum-enhanced quantum Monte Carlo: o viziune industrială”, arXiv: 2301.11838, (2023).

[9] Alireza Tavanfar, S. Alipour și AT Rezakhani, „Does Quantum Mechanics Breed Larger, More Intricate Quantum Theories? Cazul pentru teoria cuantică centrată pe experiență și interactomul teoriilor cuantice”, arXiv: 2308.02630, (2023).

[10] Pei Zeng, Jinzhao Sun, Liang Jiang și Qi Zhao, „Simulare hamiltoniană simplă și de înaltă precizie prin compensarea erorii Trotter cu o combinație liniară de operații unitare”, arXiv: 2212.04566, (2022).

[11] Oriel Kiss, Michele Grossi și Alessandro Roggero, „Eșantionarea importanței pentru simulările cuantice stocastice”, Quantum 7, 977 (2023).

[12] Lea M. Trenkwalder, Eleanor Scerri, Thomas E. O'Brien și Vedran Dunjko, „Compilation of product-formula Hamiltonian simulation via reinforcement learning”, arXiv: 2311.04285, (2023).

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-11-14 11:17:33). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

Nu a putut să aducă Date citate încrucișate în ultima încercare 2023-11-14 11:17:32: Nu s-au putut prelua date citate pentru 10.22331 / q-2023-11-14-1181 de la Crossref. Acest lucru este normal dacă DOI a fost înregistrat recent.

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Jurnalul cuantic