Oddelek za fizikalne in okoljske vede, Univerza v Torontu Scarborough, Toronto, Ontario M1C 1A4, Kanada
Chemical Physics Theory Group, Department of Chemistry, University of Toronto, Toronto, Ontario M5S 3H6, Kanada
Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.
Minimalizem
Merjenje pričakovane vrednosti molekularnega elektronskega Hamiltoniana je eden od zahtevnih delov variacijskega kvantnega lastnega reševalca. Široko uporabljena strategija je izražanje hamiltoniana kot vsote merljivih fragmentov z uporabo fermionske operatorske algebre. Takšni fragmenti imajo prednost ohranjanja molekularnih simetrij, ki jih je mogoče uporabiti za ublažitev napak. Število meritev, potrebnih za pridobitev Hamiltonove pričakovane vrednosti, je sorazmerno z vsoto varianc fragmentov. Tukaj uvajamo novo metodo za zmanjševanje varianc fragmentov z izkoriščanjem prožnosti v obliki fragmentov. Zaradi idempotence operaterjev okupacijskih števil se lahko nekateri deli dvoelektronskih fragmentov spremenijo v enoelektronske fragmente, ki se nato delno zberejo v čisto enoelektronski fragment. Ta ponovna razdelitev ne vpliva na pričakovano vrednost hamiltoniana, ima pa neizginjajoče prispevke k varianci vsakega fragmenta. Predlagana metoda najde optimalno porazdelitev z uporabo varianc, ocenjenih z uporabo klasično učinkovitega približka za kvantno valovno funkcijo. Numerični testi na več molekulah kažejo, da porazdelitev enoelektronskih členov zmanjša število meritev za več kot red velikosti.
► BibTeX podatki
► Reference
[1] 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". Nat. Komun. 5, 1–7 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213
[2] Jarrod R. McClean, Jonathan Romero, Ryan Babbush in Alán Aspuru-Guzik. “Teorija variacijskih hibridnih kvantno-klasičnih algoritmov”. New J. Phys. 18, 023023 (2016).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/2/023023
[3] Ilya G. Ryabinkin, Robert A. Lang, Scott N. Genin in Artur F. Izmaylov. "Iterativni pristop k kubitom povezanega grozda z učinkovitim pregledovanjem generatorjev". J. Chem. Theory Comput. 16, 1055–1063 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.9b01084
[4] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C. Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R. McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio in Patrick J Coles. "Variacijski kvantni algoritmi". Nat. Rev. Phys. 3, 625–644 (2021).
https://doi.org/10.1038/s42254-021-00348-9
[5] Abhinav Anand, Philipp Schleich, Sumner Alperin-Lea, Phillip WK Jensen, Sukin Sim, Manuel Díaz-Tinoco, Jakob S. Kottmann, Matthias Degroote, Artur F. Izmaylov in Alán Aspuru-Guzik. "Pogled kvantnega računalništva na enotno sklopljeno teorijo grozdov". Chem. Soc. Rev. 51, 1659–1684 (2022).
https:///doi.org/10.1039/D1CS00932J
[6] John Preskill. "Kvantno računalništvo v dobi NISQ in pozneje". Quantum 2, 79 (2018).
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79
[7] Dominic W Berry, Craig Gidney, Mario Motta, Jarrod R. McClean in Ryan Babbush. "Kubitizacija poljubne bazične kvantne kemije, ki izkorišča redkost in faktorizacijo nizkega ranga". Quantum 3, 208 (2019).
https://doi.org/10.22331/q-2019-12-02-208
[8] Mario Motta, Erika Ye, Jarrod R. McClean, Zhendong Li, Austin J. Minnich, Ryan Babbush in Garnet Kin-Lic Chan. “Predstavitve nizkega ranga za kvantno simulacijo elektronske strukture”. npj Quantum Inf. 7, 1–7 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41534-021-00416-z
[9] William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nicholas C. Rubin, Zhang Jiang, Nathan Wiebe, K. Birgitta Whaley in Ryan Babbush. "Učinkovite in proti hrupu odporne meritve za kvantno kemijo na kvantnih računalnikih v kratkem času". npj Quantum Inf. 7, 1–9 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41534-020-00341-7
[10] Tzu-Ching Yen in Artur F. Izmaylov. “Cartanov subalgebrski pristop k učinkovitim meritvam kvantnih opazovanj”. PRX Quantum 2, 040320 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040320
[11] Jeffrey Cohn, Mario Motta in Robert M. Parrish. "Diagonalizacija kvantnega filtra s stisnjenimi dvojno faktoriziranimi hamiltoniani". PRX Quantum 2, 040352 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040352
[12] Sergey B. Bravyi in Alexei Yu. Kitaev. "Fermionsko kvantno računanje". Ann. Phys. 298, 210–226 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1006 / aphy.2002.6254
[13] Jacob T. Seeley, Martin J. Richard in Peter J. Love. “Transformacija Bravyi-Kitaev za kvantno računanje elektronske strukture”. J. Chem. Phys. 137, 224109 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4768229
[14] Ian D. Kivlichan, Jarrod McClean, Nathan Wiebe, Craig Gidney, Alán Aspuru-Guzik, Garnet Kin-Lic Chan in Ryan Babbush. “Kvantna simulacija elektronske strukture z linearno globino in povezljivostjo”. Phys. Rev. Lett. 120, 110501 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.110501
[15] Ophelia Crawford, Barnaby van Straaten, Daochen Wang, Thomas Parks, Earl Campbell in Stephen Brierley. "Učinkovito kvantno merjenje Paulijevih operatorjev v prisotnosti končne napake vzorčenja". Quantum 5, 385 (2021).
https://doi.org/10.22331/q-2021-01-20-385
[16] Jérôme F. Gonthier, Maxwell D. Radin, Corneliu Buda, Eric J. Doskocil, Clena M. Abuan in Jhonathan Romero. "Meritve kot ovira za kratkoročno praktično kvantno prednost v kemiji: analiza virov". Phys. Rev. Research 4, 033154 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.033154
[17] Andrew Jena, Scott Genin in Michele Mosca. »Paulijeva razdelitev glede na nize vrat« (2019). arXiv:1907.07859.
arXiv: 1907.07859
[18] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng in John Preskill. "Napovedovanje številnih lastnosti kvantnega sistema iz zelo malo meritev". Nat. Phys. 16, 1050–1057 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41567-020-0932-7
[19] Charles Hadfield, Sergey Bravyi, Rudy Raymond in Antonio Mezzacapo. "Meritve kvantnih hamiltonianov z lokalno pristranskimi klasičnimi sencami". Komun. matematika Phys. 391, 951–967 (2022).
https://doi.org/10.1007/s00220-022-04343-8
[20] Stefan Hillmich, Charles Hadfield, Rudy Raymond, Antonio Mezzacapo in Robert Wille. “Odločitveni diagrami za kvantne meritve s plitvimi vezji”. Leta 2021 Mednarodna konferenca IEEE o kvantnem računalništvu in inženirstvu (QCE). Strani 24–34. (2021).
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE52317.2021.00018
[21] Hsin-Yuan Huang, Richard Kueng in John Preskill. “Učinkovita ocena Paulijevih opazovanj z derandomizacijo”. Phys. Rev. Lett. 127, 030503 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.030503
[22] Bujiao Wu, Jinzhao Sun, Qi Huang in Xiao Yuan. »Merjenje prekrivajočega združevanja: enoten okvir za merjenje kvantnih stanj« (2021). arXiv:2105.13091.
arXiv: 2105.13091
[23] Charles Hadfield. »Prilagodljive Paulijeve sence za oceno energije« (2021). arXiv:2105.12207.
arXiv: 2105.12207
[24] Tzu-Ching Yen, Vladyslav Verteletskyi in Artur F. Izmaylov. "Merjenje vseh združljivih operaterjev v eni seriji meritev z enim kubitom z uporabo enotnih transformacij". J. Chem. Theory Comput. 16, 2400–2409 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.0c00008
[25] Tzu-Ching Yen, Aadithya Ganeshram in Artur F Izmaylov. »Deterministične izboljšave kvantnih meritev z združevanjem združljivih operaterjev, nelokalnih transformacij in ocen kovarianc« (2022). arXiv:2201.01471.
arXiv: 2201.01471
[26] Seonghoon Choi, Tzu-Ching Yen in Artur F. Izmaylov. "Izboljšanje kvantnih meritev z uvedbo "duhovih" izdelkov Pauli". J. Chem. Theory Comput. 18, 7394–7402 (2022).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.2c00837
[27] Scott Aaronson in Daniel Gottesman. "Izboljšana simulacija stabilizatorskih vezij". Phys. Rev. A 70, 052328 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.70.052328
[28] Zachary Pierce Bansingh, Tzu-Ching Yen, Peter D. Johnson in Artur F. Izmaylov. "Rezijski stroški zvestobe za nelokalne meritve v variacijskih kvantnih algoritmih". J. Phys. Chem. A 126, 7007–7012 (2022).
https:///doi.org/10.1021/acs.jpca.2c04726
[29] Guillermo García-Pérez, Matteo AC Rossi, Boris Sokolov, Francesco Tacchino, Panagiotis Kl. Barkoutsos, Guglielmo Mazzola, Ivano Tavernelli in Sabrina Maniscalco. “Učenje merjenja: Prilagodljive informacijsko popolne posplošene meritve za kvantne algoritme”. PRX Quantum 2, 040342 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.040342
[30] Laurin E. Fischer, Daniel Miller, Francesco Tacchino, Panagiotis Kl. Barkoutsos, Daniel J. Egger in Ivano Tavernelli. »Izvedba posplošenih meritev brez dodatkov za kubite, vdelane v prostor qudit« (2022). arXiv:2203.07369.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.4.033027
arXiv: 2203.07369
[31] Adam Glos, Anton Nykänen, Elsi-Mari Borrelli, Sabrina Maniscalco, Matteo AC Rossi, Zoltán Zimborás in Guillermo García-Pérez. »Prilagodljive implementacije POVM in strategije za zmanjševanje merilnih napak za bližnje kvantne naprave« (2022). arXiv:2208.07817.
arXiv: 2208.07817
[32] Ilya G. Ryabinkin, Scott N. Genin in Artur F. Izmaylov. "Omejeni variacijski kvantni lastni rezolver: kvantni računalniški iskalnik v fockovem prostoru". J. Chem. Theory Comput. 15, 249–255 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b00943
[33] Frank Arute, Kunal Arya, Ryan Babbush, Dave Bacon, Joseph C. Bardin, Rami Barends, Sergio Boixo, Michael Broughton, Bob B. Buckley, David A. Buell, Brian Burkett, Nicholas Bushnell, Yu Chen, Zijun Chen, Benjamin Chiaro , Roberto Collins, William Courtney, Sean Demura, Andrew Dunsworth, Edward Farhi, Austin Fowler, Brooks Foxen, Craig Gidney, Marissa Giustina, Rob Graff, Steve Habegger, Matthew P. Harrigan, Alan Ho, Sabrina Hong, Trent Huang, William J Huggins, Lev Ioffe, Sergei V. Isakov, Evan Jeffrey, Zhang Jiang, Cody Jones, Dvir Kafri, Kostyantyn Kechedzhi, Julian Kelly, Seon Kim, Paul V. Klimov, Alexander Korotkov, Fedor Kostritsa, David Landhuis, Pavel Laptev, Mike Lindmark, Erik Lucero, Orion Martin, John M. Martinis, Jarrod R. McClean, Matt McEwen, Anthony Megrant, Xiao Mi, Masoud Mohseni, Wojciech Mruczkiewicz, Josh Mutus, Ofer Naaman, Matthew Neeley, Charles Neill, Hartmut Neven, Murphy Yuezhen Niu, Thomas E. O'Brien, Eric Ostby, Andre Petukhov, Harald Putterman, Chris Quintana, Pedram Roushan, Nicholas C. Rubin, Daniel Sank, Kevin J. Satzinger, Vadim Smelyanskiy, Doug Strain, Kevin J. Sung, Marco Szalay , Tyler Y. Takeshita, Amit Vainsencher, Theodore White, Nathan Wiebe, Z. Jamie Yao, Ping Yeh in Adam Zalcman. "Hartree-fock na superprevodnem kvantnem računalniku qubit". Znanost 369, 1084–1089 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.abb9811
[34] Ignacio Loaiza, Alireza Marefat Khah, Nathan Wiebe in Artur F. Izmaylov. »Zmanjšanje stroškov molekularne elektronske hamiltonove simulacije za linearno kombinacijo enotnih pristopov« (2022). arXiv:2208.08272.
arXiv: 2208.08272
[35] Vera von Burg, Guang Hao Low, Thomas Häner, Damian S. Steiger, Markus Reiher, Martin Roetteler in Matthias Troyer. "Kvantno računalništvo je izboljšalo računalniško katalizo". Phys. Rev. Research 3, 033055 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.033055
[36] Joonho Lee, Dominic W. Berry, Craig Gidney, William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nathan Wiebe in Ryan Babbush. "Še učinkovitejši kvantni izračuni kemije s tenzorsko hiperkontrakcijo". PRX Quantum 2, 030305 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030305
[37] Seonghoon Choi, Ignacio Loaiza in Artur F. Izmaylov. “Podatki za: Fluidni fermionski fragmenti za optimizacijo kvantnih meritev elektronskih hamiltonianov v variacijskem kvantnem lastnem reševalcu”. url: doi.org/10.5281/zenodo.7335451.
https: / / doi.org/ 10.5281 / zenodo.7335451
[38] X. Bonet-Monroig, R. Sagastizabal, M. Singh in TE O'Brien. "Poceni zmanjšanje napak s preverjanjem simetrije". Phys. Rev. A 98, 062339 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.062339
[39] Suguru Endo, Zhenyu Cai, Simon C. Benjamin in Xiao Yuan. “Hibridni kvantno-klasični algoritmi in kvantno zmanjšanje napak”. J. Phys. Soc. Japonska 90, 032001 (2021).
https: / / doi.org/ 10.7566 / JPSJ.90.032001
[40] Zhenyu Cai, Ryan Babbush, Simon C. Benjamin, Suguru Endo, William J. Huggins, Ying Li, Jarrod R. McClean in Thomas E. O'Brien. »Kvantno zmanjšanje napak« (2022). arXiv:2210.00921.
arXiv: 2210.00921
[41] Jarrod R. McClean, Mollie E. Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter in Wibe A. de Jong. “Hibridna kvantno-klasična hierarhija za ublažitev dekoherence in določanje vzbujenih stanj”. Phys. Rev. A 95, 042308 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.042308
[42] William J Huggins, Joonho Lee, Unpil Baek, Bryan O'Gorman in K Birgitta Whaley. "Neortogonalni variacijski kvantni lastni reševalec". New J. Phys. 22, 073009 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / ab867b
[43] Nicholas H. Stair, Renke Huang in Francesco A. Evangelista. "Večreferenčni kvantni Krylov algoritem za močno korelirane elektrone". J. Chem. Theory Comput. 16, 2236–2245 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.9b01125
[44] Xavier Bonet-Monroig, Ryan Babbush in Thomas E. O'Brien. "Skoraj optimalen razpored meritev za delno tomografijo kvantnih stanj". Phys. Rev. X 10, 031064 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031064
[45] Andrew Zhao, Nicholas C. Rubin in Akimasa Miyake. “Fermionska delna tomografija prek klasičnih senc”. Phys. Rev. Lett. 127, 110504 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.127.110504
[46] 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
[47] Seth Lloyd. "Univerzalni kvantni simulatorji". Znanost 273, 1073–1078 (1996).
https: / / doi.org/ 10.1126 / znanost.273.5278.1073
[48] Luis A. Martínez-Martínez, Tzu-Ching Yen in Artur F. Izmaylov. »Ocena različnih hamiltonskih razdelitev za problem elektronske strukture na kvantnem računalniku z uporabo trotterjevega približka« (2022). arXiv:2210.10189.
arXiv: 2210.10189
[49] Masuo Suzuki. “Fraktalna dekompozicija eksponentnih operatorjev z aplikacijami v teorijah več teles in simulacijah Monte Carlo”. Phys. Lett. A 146, 319–323 (1990).
https://doi.org/10.1016/0375-9601(90)90962-n
Navedel
[1] IT Khan, M. Tudorovskaya, JJM Kirsopp, D. Muñoz Ramo, PW Warrier, DK Papanastasiou in R. Singh, »Chemically Aware Unitary Coupled Cluster with ab initio Calculations on System Model H1: A Refrigerant Chemicals Application«, arXiv: 2210.14834.
[2] Benchen Huang, Nan Sheng, Marco Govoni in Giulia Galli, "Kvantne simulacije fermionskih hamiltonianov z učinkovitim kodiranjem in anzatz shemami", arXiv: 2212.01912.
Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2023-01-05 01:57:12). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.
On Crossref je navedel storitev ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2023-01-05 01:57:10).
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.
