1Oddelek za računalništvo, Univerza v Teksasu v Austinu, Austin, TX 78712, ZDA.
2Zapata Computing Inc., Boston, MA 02110, ZDA.
Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.
Minimalizem
Veliko truda v uporabnem kvantnem računalništvu je bilo vloženega v problem ocene energije osnovnega stanja za molekule in materiale. Kljub temu je treba za številne uporabe s praktično vrednostjo oceniti dodatne lastnosti osnovnega stanja. Te vključujejo Greenove funkcije, ki se uporabljajo za izračun prenosa elektronov v materialih, in enodelčne matrike zmanjšane gostote, ki se uporabljajo za izračun električnih dipolov molekul. V tem prispevku predlagamo kvantno-klasični hibridni algoritem za učinkovito ocenjevanje takšnih lastnosti osnovnega stanja z visoko natančnostjo z uporabo nizkoglobinskih kvantnih vezij. Zagotavljamo analizo različnih stroškov (ponovitev tokokroga, maksimalni razvojni čas in pričakovan skupni čas delovanja) kot funkcijo ciljne natančnosti, spektralne vrzeli in začetnega prekrivanja osnovnega stanja. Ta algoritem predlaga konkreten pristop k uporabi zgodnjih kvantnih računalnikov, odpornih na napake, za izvajanje industrijsko pomembnih molekularnih in materialnih izračunov.
Priljubljen povzetek
► BibTeX podatki
► Reference
[1] Yudong Cao, Jhonathan Romero in Alán Aspuru-Guzik. "Potencial kvantnega računalništva za odkrivanje zdravil". 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. "Kvantna kemija v dobi kvantnega računalništva". Kemijski pregledi 119, 10856–10915 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.chemrev.8b00803
[3] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D Dutoi, Peter J Love in Martin Head-Gordon. "Simulirano kvantno računanje molekulskih energij". Znanost 309, 1704–1707 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.1113479
[4] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik in Jeremy L O'brien. "Variacijski reševalec lastnih vrednosti na fotonskem kvantnem procesorju". Nature Communications 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[5] Yigal Meir in Ned S Wingreen. "Landauerjeva formula za tok skozi medsebojno elektronsko območje". Physical Review Letters 68, 2512 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.68.2512
[6] Frank Jensen. “Uvod v računalniško kemijo”. John Wiley & Sons. (2017).
[7] Thomas E O'Brien, Bruno Senjean, Ramiro Sagastizabal, Xavier Bonet-Monroig, Alicja Dutkiewicz, Francesco Buda, Leonardo DiCarlo in Lucas Visscher. “Izračunavanje energetskih derivatov za kvantno kemijo na kvantnem računalniku”. npj Kvantne informacije 5, 1–12 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0213-4
[8] Andris Ambainis. "O fizičnih problemih, ki so nekoliko težji od qma". Na 2014. konferenci IEEE o računalniški kompleksnosti (CCC) leta 29. Strani 32–43. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1109 / CCC.2014.12
[9] Sevag Gharibian in Justin Yirka. "Zapletenost simulacije lokalnih meritev na kvantnih sistemih". Quantum 3, 189 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-30-189
[10] Sevag Gharibian, Stephen Piddock in Justin Yirka. “Razredi kompleksnosti Oracle in lokalne meritve na fizičnih hamiltonianih”. V Christophe Paul in Markus Bläser, urednika, 37. mednarodni simpozij o teoretičnih vidikih računalništva (STACS 2020). Zvezek 154 Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), strani 20:1–20:37. Dagstuhl, Nemčija (2020). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum für Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.STACS.2020.20
[11] David Poulin in Pawel Wocjan. "Priprava osnovnih stanj kvantnih sistemov več teles na kvantnem računalniku". Pisma fizičnega pregleda 102, 130503 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.102.130503
[12] Yimin Ge, Jordi Tura in J Ignacio Cirac. »Hitrejša priprava osnovnega stanja in visoko natančna ocena zemeljske energije z manj kubiti«. Journal of Mathematical Physics 60, 022202 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5027484
[13] Lin Lin in Yu Tong. "Skoraj optimalna priprava na osnovno stanje". Quantum 4, 372 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-12-14-372
[14] Sam McArdle, Alexander Mayorov, Xiao Shan, Simon Benjamin in Xiao Yuan. “Digitalna kvantna simulacija molekularnih vibracij”. Kemijska znanost 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 in Jhonathan Romero. »Identifikacija izzivov v smeri praktične kvantne prednosti z oceno virov: ovira pri merjenju v variacijskem kvantnem lastnem reševalcu« (2020). arXiv:2012.04001.
arXiv: 2012.04001
[16] Guoming Wang, Dax Enshan Koh, Peter D Johnson in Yudong Cao. "Minimiziranje izvajalnega časa ocenjevanja na hrupnih kvantnih računalnikih". 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 in Hartmut Neven. »Osredotočite se na kvadratne pospeške za kvantno prednost s popravljenimi napakami«. PRX Quantum 2, 010103 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.010103
[18] Kyle EC Booth, Bryan O'Gorman, Jeffrey Marshall, Stuart Hadfield in Eleanor Rieffel. “Kvantno pospešeno programiranje omejitev”. Quantum 5, 550 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-09-28-550
[19] Earl T Campbell. "Zgodnje simulacije Hubbardovega modela, odporne na napake". Kvantna znanost in tehnologija 7, 015007 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ac3110
[20] Lin Lin in Yu Tong. "Heisenbergovo omejena ocena energije v osnovnem stanju za zgodnje kvantne računalnike, odporne na napake". PRX Quantum 3, 010318 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.3.010318
[21] David Layden. "Napaka kasača prvega reda z vidika drugega reda". Phys. Rev. Lett. 128, 210501 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.128.210501
[22] Rolando D Somma. »Ocena kvantne lastne vrednosti z analizo časovnih vrst«. New Journal of Physics 21, 123025 (2019).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60
[23] Laura Clinton, Johannes Bausch, Joel Klassen in Toby Cubitt. »Fazna ocena lokalnih hamiltonianov na strojni opremi nisq« (2021). arXiv:2110.13584.
arXiv: 2110.13584
[24] Patrick Rall. "Hitrejši koherentni kvantni algoritmi za oceno faze, energije in amplitude". 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 in Rolando D Somma. "Simulacija hamiltonove dinamike s skrajšanim Taylorjevim nizom". Pisma fizičnega pregleda 114, 090502 (2015). url: doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.090502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.114.090502
[26] Guang Hao Low in Isaac L Chuang. “Optimalna hamiltonova simulacija s kvantno obdelavo signalov”. Pisma fizičnega pregleda 118, 010501 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.118.010501
[27] Andrew M Childs, Dmitri Maslov, Yunseong Nam, Neil J Ross in Yuan Su. "Proti prvi kvantni simulaciji s kvantno pospešitvijo". Zbornik Nacionalne akademije znanosti 115, 9456–9461 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1801723115
[28] Guang Hao Low in Isaac L Chuang. “Hamiltonova simulacija s kbitizacijo”. Quantum 3, 163 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-07-12-163
[29] Emanuel Knill, Gerardo Ortiz in Rolando D Somma. “Optimalne kvantne meritve pričakovanih vrednosti opazovanih”. Physical Review A 75, 012328 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.75.012328
[30] James D. Watson, Johannes Bausch in Sevag Gharibian. »Zapletenost translacijsko invariantnih problemov onkraj energij osnovnega stanja« (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 in Jeremy L O'brien. "Variacijski reševalec lastnih vrednosti na fotonskem kvantnem procesorju". Nature Communications 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[32] Jarrod R. McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush in Alán Aspuru-Guzik. “Teorija variacijskih hibridnih kvantno-klasičnih algoritmov”. New Journal of Physics 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[33] Attila Szabo in Neil S Ostlund. “Sodobna kvantna kemija: uvod v napredno teorijo elektronske strukture”. Courier Corporation. (2012).
[34] Sevag Gharibian in François Le Gall. "Dekvantiziranje kvantne singularne transformacije vrednosti: trdota in aplikacije v kvantni kemiji in kvantni domnevi pcp". V zborniku 54. letnega simpozija ACM SIGACT o teoriji računalništva. Strani 19–32. (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3519935.3519991
[35] Shantanav Chakraborty, András Gilyén in Stacey Jeffery. »Moč bločno kodiranih matričnih potenc: izboljšane regresijske tehnike prek hitrejše Hamiltonove simulacije«. V Christel Baier, Ioannis Chatzigiannakis, Paola Flocchini in Stefano Leonardi, uredniki, 46. mednarodni kolokvij o avtomatih, jezikih in programiranju (ICALP 2019). Zvezek 132 Leibniz International Proceedings in Informatics (LIPIcs), strani 33:1–33:14. Dagstuhl, Nemčija (2019). Schloss Dagstuhl–Leibniz-Zentrum fuer Informatik.
https: / / doi.org/ 10.4230 / LIPIcs.ICALP.2019.33
[36] András Gilyén, Yuan Su, Guang Hao Low in Nathan Wiebe. "Kvantna singularna transformacija vrednosti in več: eksponentne izboljšave za kvantno matrično aritmetiko". V zborniku 51. letnega simpozija ACM SIGACT o teoriji računalništva. Strani 193–204. (2019).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3313276.3316366
[37] Patrick Rall. “Kvantni algoritmi za ocenjevanje fizikalnih količin z uporabo blokovnih kodiranj”. Physical Review A 102, 022408 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.102.022408
[38] Yu Tong, Dong An, Nathan Wiebe in Lin Lin. “Hitra inverzija, predkondicionirani kvantni reševalci linearnih sistemov, hiter izračun Greenove funkcije in hitro vrednotenje matričnih funkcij”. 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 in Jeannette M Garcia. "Kvantni izračun prevladujočih produktov v litij-žveplovih baterijah". Journal of Chemical Physics 154, 134115 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0044068
[40] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen in Jeppe Olsen. “Teorija molekularne elektronske strukture”. John Wiley & Sons. (2014).
https: / / doi.org/ 10.1002 / 9781119019572
[41] Jacob T Seeley, Martin J Richard in Peter J Love. "Transformacija Bravyi-Kitaev za kvantno računanje elektronske strukture". Journal of chemical physics 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[42] Aram W Harrow, Avinatan Hassidim in Seth Lloyd. “Kvantni algoritem za linearne sisteme enačb”. Pisma fizičnega pregleda 103, 150502 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.103.150502
[43] Andrew M Childs, Robin Kothari in Rolando D Somma. “Kvantni algoritem za sisteme linearnih enačb z eksponentno izboljšano odvisnostjo od natančnosti”. 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 in Patrick J. Coles. »Variacijski kvantni linearni reševalec« (2019). arXiv:1909.05820.
arXiv: 1909.05820
[45] Hsin-Yuan Huang, Kishor Bharti in Patrick Rebentrost. “Bližnjeročni kvantni algoritmi za linearne sisteme enačb z regresijsko izgubno funkcijo”. New Journal of Physics 23, 113021 (2021).
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/ac325f
[46] Yiğit Subaşı, Rolando D Somma in Davide Orsucci. "Kvantni algoritmi za sisteme linearnih enačb po navdihu adiabatnega kvantnega računalništva". Pisma fizičnega pregleda 122, 060504 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.122.060504
[47] Dong An in Lin Lin. »Kvantni reševalec linearnega sistema, ki temelji na časovno optimalnem adiabatnem kvantnem računalništvu in algoritmu kvantne približne optimizacije«. ACM Transactions on Quantum Computing 3 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3498331
[48] Lin Lin in Yu Tong. “Optimalno filtriranje kvantnih lastnih stanj na osnovi polinoma z uporabo pri reševanju kvantnih linearnih sistemov”. Quantum 4, 361 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-11-11-361
[49] Rolando D Somma in Sergio Boixo. "Ojačitev spektralne vrzeli". SIAM Journal on Computing 42, 593–610 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1137 / 120871997
[50] Yosi Atia in Dorit Aharonov. "Hitro previjanje hamiltonianov in eksponentno natančne meritve". Nature Communications 8, 1–9 (2017).
https://doi.org/10.1038/s41467-017-01637-7
[51] Brielin Brown, Steven T Flammia in Norbert Schuch. “Računalniška težavnost računanja gostote stanj”. Pisma fizičnega pregleda 107, 040501 (2011).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.107.040501
[52] Stephen P Jordan, David Gosset in Peter J Love. “Kvantno-merlin-arthur-popolni problemi za stokvastične hamiltonije in markovske matrike”. Physical Review A 81, 032331 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.81.032331
[53] Sevag Gharibian in Jamie Sikora. "Povezljivost osnovnih stanj lokalnih hamiltonianov". ACM Trans. Računalništvo. Teorija 10 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3186587
[54] James D. Watson in Johannes Bausch. »Zapletenost približevanja kritičnih točk kvantnih faznih prehodov« (2021). arXiv:2105.13350.
arXiv: 2105.13350
Navedel
[1] Pablo AM Casares, Roberto Campos in MA Martin-Delgado, »TFermion: Knjižnica za ocenjevanje stroškov brez Cliffordovih vrat algoritmov kvantne faze za kvantno kemijo«, Kvant 6, 768 (2022).
[2] Yu Tong, "Oblikovanje algoritmov za ocenjevanje lastnosti osnovnega stanja na zgodnjih kvantnih računalnikih, odpornih na napake", Kvantni pogledi 6, 65 (2022).
[3] Yulong Dong, Lin Lin in Yu Tong, »Priprava osnovnega stanja in ocena energije na zgodnjih kvantnih računalnikih, odpornih na napake, prek kvantne transformacije lastnih vrednosti enotnih matrik«, arXiv: 2204.05955.
[4] Peter D. Johnson, Alexander A. Kunitsa, Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan in Jhonathan Romero, »Zmanjšanje stroškov ocene energije v variacijskem algoritem kvantnega lastnega reševalca z robustno oceno amplitude”, arXiv: 2203.07275.
[5] Guoming Wang, Sukin Sim in Peter D. Johnson, »Ojačevalci priprave stanja za zgodnje kvantno računanje, odporno na napake«, arXiv: 2202.06978.
Zgornji citati so iz Crossref je navedel storitev (zadnjič posodobljeno 2022-07-28 15:34:04) in SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2022-07-28 15:34:05). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.
Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.
