الدوائر الكمومية لحل التعيينات المحلية من فيرميون إلى كيوبت

الدوائر الكمومية لحل التعيينات المحلية من فيرميون إلى كيوبت

عقدة المصدر: 1970708

جانيس نيس و جوزيبي كارليو

École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ، معهد الفيزياء ، CH-1015 لوزان ، سويسرا
مركز علوم وهندسة الكم ، École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ، CH-1015 Lausanne ، سويسرا

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

يمكن تعيين سكان هاميلتونيين المحليين للأنظمة الفرميونية الموجودة على شبكة على الكيوبت المحليون في هاميلتونيان. يأتي الحفاظ على منطقة المشغلين على حساب زيادة مساحة هيلبرت بدرجات إضافية من الحرية. من أجل استرداد مساحة هيلبرت الفيزيائية ذات الأبعاد المنخفضة التي تمثل درجات الحرية الفيرميونية ، يجب على المرء أن يفي بمجموعة من القيود. في هذا العمل ، نقدم الدوائر الكمية التي تلبي تمامًا هذه القيود الصارمة. نوضح كيف أن الحفاظ على الموقع يسمح للمرء بإجراء تطور زمني متعرج مع عمق دائرة ثابت لكل خطوة زمنية. إن بنائنا مفيد بشكل خاص لمحاكاة مشغل التطور الزمني للأنظمة الفرميونية بأبعاد d $ gt $ 1. نناقش أيضًا كيف يمكن استخدام عائلات الدوائر هذه كحالات كمومية متغيرة ، مع التركيز على نهجين: الأول يعتمد على بوابات رقم ثابت عام ، والثاني يعتمد على ansatz المتغير في هاميلتوني حيث يتم تمثيل eigenstates بواسطة مشغلي تطور الوقت المحدد بالبارامترات. نطبق طرقنا على مشكلة إيجاد الحالة الأساسية والحالات التي تطورت بمرور الوقت للنموذج $ t $ - $ V $.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] باسكوال جوردان ويوجين بول وينر. “Über das paulische äquivalenzverbot”. في الأعمال المجمعة ليوجين بول وينر. الصفحات 109-129. سبرينغر (1993).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1007 / BF01331938

[2] كريس كيد ، ولانا مينه ، وآشلي مونتانارو ، وستاسجا ستانيسيك. "استراتيجيات لحل نموذج fermi-hubbard على أجهزة الكمبيوتر الكمومية على المدى القريب". فيز. القس ب 102 ، 235122 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.102.235122

[3] جيمس دي ويتفيلد ، وفويتش هافليسيك ، وماتياس تروير. "مشغلات الدوران المحلية لمحاكاة الفرميون". مراجعة البدنية أ 94 ، 030301 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.94.030301

[4] فويتش هافليسيك وماتياس تروير وجيمس د. "مكان المشغل في المحاكاة الكمومية للنماذج الفرميونية". فيز. القس أ 95 ، 032332 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.032332

[5] جان هيرمان ، وجيمس سبنسر ، وكيني تشو ، وأنطونيو ميزاكابو ، و WMC Foulkes ، و David Pfau ، و Giuseppe Carleo ، و Frank Noé. "الكيمياء الكمومية Ab-initio مع الوظائف الموجية للشبكة العصبية" (2022).
أرخايف: 2208.12590

[6] T. Hensgens و T. Fujita و L. Janssen و Xiao Li و CJ Van Diepen و C. Reichl و W. Wegscheider و S. Das Sarma و LMK Vandersypen. "المحاكاة الكمومية لنموذج فيرمي-هوبارد باستخدام مصفوفة النقاط الكمومية لأشباه الموصلات". طبيعة 548 ، 70-73 (2017).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature23022

[7] Xiqiao Wang و Ehsan Khatami و Fan Fei و Jonathan Wyrick و Pradeep Namboodiri و Ranjit Kashid و Albert F. Rigosi و Garnett Bryant و Richard Silver. "التحقيق التجريبي لنموذج فيرمي هوبارد الممتد باستخدام شبكة ثنائية الأبعاد من النقاط الكمومية المستندة إلى dopant". اتصالات الطبيعة 2 ، 13 (6824).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-022-34220-ث

[8] بيتر ت.براون ، وديبيان ميترا ، وإلمر جواردادو-سانشيز ، ورضا نوفكان ، وأليكسيس ريمبو ، وتشارلز ديفيد هيبرت ، وسيمون بيرجيرون ، وأ. "النقل المعدني السيئ في نظام ذرة فيرمي هابارد البارد". العلوم 363 ، 379-382 (2019). arXiv: https: / / www.science.org/ doi / pdf / 10.1126 / science.aat4134.
https: / / doi.org/10.1126 / science.aat4134
arXiv: https: //www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.aat4134

[9] ستاسجا ستانيسيتش ، وجان لوكاس بوس ، وفيليبو ماريا غامبيتا ، وراؤول أ.سانتوس ، ووجسيخ مروشكيويتز ، وتوماس إي أوبراين ، وإريك أوستبي ، وآشلي مونتانارو. "مراقبة خصائص الحالة الأرضية لنموذج فيرمي هوبارد باستخدام خوارزمية قابلة للتطوير على جهاز كمبيوتر كمي". اتصالات الطبيعة 13 ، 5743 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-022-33335-4

[10] فرانك أروت ، كونال آريا ، رايان بابوش ، ديف بيكون ، جوزيف سي باردين ، رامي باريندز ، أندرياس بنجسون ، سيرجيو بويكسو ، مايكل بروتون ، بوب بي باكلي ، ديفيد إيه بويل ، برايان بوركيت ، نيكولاس بوشنيل ، يو تشين ، زيجون تشين ، يو آن تشين ، بن كيارو ، روبرتو كولينز ، ستيفن جيه كوتون ، ويليام كورتني ، شون ديمورا ، آلان ديرك ، أندرو دونسورث ، دانيال إيبينز ، توماس إيكل ، كاثرين إريكسون ، إدوارد فارهي ، أوستن فاولر ، بروكس فوكسين ، كريج جيدني ، ماريسا جوستينا ، روب جراف ، جوناثان أ.جروس ، ستيف هابيجر ، ماثيو ب.هارجان ، آلان هو ، سابرينا هونج ، ترينت هوانج ، ويليام هوجينز ، ليف بي. دفير كافري ، كوستيانتين كيشيدجي ، جوليان كيلي ، سيون كيم ، بول ف. ، سام مكاردل ، جارود آر ماكلين ، تريفور ماكورت ، مات ماكوين ، أنتوني ميجرانت ، كارلوس ميجوتو-زيرا ، شياو مي ، مسعود محسني ، ووجسيخ مروزكيويتش ، جوش موتوس ، عوفر نعمان ، ماثيو نيلي ، تشارلز نيل ، هارتموت نيفين ، مايكل نيومان ، مورفي يوزين نيو ، توماس إي أوبراين ، إريك أوستبي ، بالينت باتو ، أندريه بيتوخوف ، هارالد بوترمان ، كريس كوينتانا ، جان مايكل راينر ، بيدرام روشان ، نيكولاس سي.روبين ، دانيال سانك ، كيفن ج.ساتزينجر ، فاديم سميليانسكي ، دوج سترين ، كيفن جيه سونج ، بيتر شميتكيرت ، ماركو سزالاي ، نورم إم توبمان ، أميت فينسنشر ، ثيودور وايت ، نيكولاس فوغت ، ز. جيمي ياو ، بينج يه ، آدم زلكمان ، وسيباستيان زانكر. "مراقبة الديناميات المنفصلة للشحنة والدوران في نموذج فيرمي-هوبارد" (2020).

[11] كيفليشان ، وجارود ماكلين ، وناثان ويب ، وكريغ جيدني ، وآلان أسبورو-جوزيك ، وغارنيت كين-ليك تشان ، وريان بابوش. "المحاكاة الكمومية للبنية الإلكترونية بعمق واتصال خطي". فيز. القس ليت. 120 ، 110501 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.110501

[12] فيليب كوربوس ، رومان أوروس ، بيلا باور ، وجيفري فيدال. "محاكاة الفرميونات المترابطة بقوة في بعدين مكانيين مع حالات زوج متشابك الإسقاط الفرميوني". فيز. القس ب 81 ، 165104 (2010).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.81.165104

[13] رومان أوروس. "شبكات الموتر لأنظمة الكم المعقدة". مراجعات الطبيعة الفيزياء 1 ، 538-550 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-019-0086-7

[14] تشارلز ديربي وجويل كلاسين ويوهانس باوش وتوبي كوبيت. "فرميون مضغوط لتعيينات كيوبت". فيز. القس ب 104 ، 035118 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.104.035118

[15] تشانغ جيانغ ، وأمير كاليف ، ووجسيخ مروزكيويتش ، وهارتموت نيفين. "رسم خرائط مثالي من الفرميون إلى الكيوبت عبر الأشجار الثلاثية مع تطبيقات لتقليل تعلم الحالات الكمية". الكم 4 ، 276 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-06-04-276

[16] سيرجي ب برافي وأليكسي يو كيتاييف. "حساب الكم الفرميوني". حوليات الفيزياء 298 ، 210-226 (2002).
https: / / doi.org/ 10.1006 / aphy.2002.6254

[17] مارك شتاودنر وستيفاني وينر. "تعيينات فيرميون إلى كيوبت بمتطلبات موارد مختلفة لمحاكاة الكم". المجلة الجديدة للفيزياء 20 ، 063010 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aac54f

[18] كاناف سيتيا ، وسيرجي برافي ، وأنطونيو ميزاكابو ، وجيمس دي ويتفيلد. "ترميزات فائقة السرعة لمحاكاة الكم الفرميوني". بحوث المراجعة الفيزيائية 1 ، 033033 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.1.033033

[19] جون بريسكيل. "الحوسبة الكمية في عصر NISQ وما بعده". الكم 2 ، 79 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[20] جاسيك Wosiek. "تمثيل محلي للفرميونات على شبكة شعرية". تقرير تقني. الجامعة ، قسم الفيزياء (1981). url: inspirehep.net/disdesign/169185.
https: / / inspirehep.net/divities / 169185

[21] RC الكرة. "الفرميونات بدون حقول الفرميون". خطابات المراجعة المادية 95 ، 176407 (2005).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.95.176407

[22] فرانك فيرستريت وجي إجناسيو سيراك. "رسم خرائط هاميلتونيين محليين من الفرميونات لهاميلتونيين محليين من السبين". مجلة الميكانيكا الإحصائية: النظرية والتجربة 2005 ، P09012 (2005).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1742-5468/​2005/​09/​P09012

[23] هوي تشون بو. "تحول جوردان واغنر المتماثل في أبعاد أعلى" (2021).

[24] كاناف سيتيا وجيمس دي ويتفيلد. "Bravyi-kitaev محاكاة فائقة السرعة للبنية الإلكترونية على الكمبيوتر الكمومي". مجلة الفيزياء الكيميائية 148 ، 164104 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5019371

[25] يو-آن تشين ، أنطون كابوستين ، وجوري راديزيفيتش. "بوزنة دقيقة في بعدين مكانيين وفئة جديدة من نظريات قياس شعرية". حوليات الفيزياء 393 ، 234-253 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1016 / j.aop.2018.03.024

[26] يو آن تشن و Yijia Xu. "التكافؤ بين تعيينات الفرميون إلى الكيوبت في بعدين مكانيين" (2022).

[27] Arkadiusz Bochniak و Bażej Ruba. "Bosonization على أساس الجبر كليفورد وتفسيرها النظري المقياس". مجلة فيزياء الطاقة العالية 2020 ، 1-36 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.102.114502

[28] كانجل لي وهوي تشون بو. "تحويل جوردان وينر عالي الأبعاد وفرميونات ماجورانا المساعدة". فيز. القس ب 106 ، 115109 (2022).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevB.106.115109

[29] يانيس نيس وجوزيبي كارليو. "الحلول المتغيرة لتعيينات الفرميون إلى الكيوبت في بعدين مكانيين". الكم 6 ، 833 (2022).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2022-10-13-833

[30] شياو قانغ ون. "أوامر الكم في نموذج دقيق قابل للذوبان". خطابات المراجعة المادية 90 ، 016803 (2003).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.90.016803

[31] بابلو بونيلا أتايدس ، وديفيد ك. تاكيت ، وستيفن دي بارتليت ، وستيفن تي فلاميا ، وبنجامين جيه براون. "كود سطح xzzx". اتصالات الطبيعة 12 ، 2172 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-22274-1

[32] فيليبو فيسينتيني ، وداميان هوفمان ، وأتيلا زابو ، وديان وو ، وكريستوفر روث ، وكليمنس جولياني ، وغابرييل بيسشيا ، وجانيس نيس ، وفلاديمير فارغاس كالديرون ، ونيكيتا أستراخانتسيف ، وجيوسيب كارليو. "NetKet 3: مجموعة أدوات التعلم الآلي لأنظمة الكم متعددة الأجسام". SciPost فيز. قواعد بيانات الصفحة 7 (2022).
https: / / doi.org/ 10.21468 / SciPostPhysCodeb.7

[33] باناجيوتيس ك. باركوتسوس ، وجيروم إف. جونثير ، وإيجور سوكولوف ، ونيكولاي مول ، وجيان ساليس ، وأندرياس فوهرر ، ومارك جانزورن ، ودانييل جيه إيجر ، وماتياس تروير ، وأنطونيو ميزاكابو ، وستيفان فيليب ، وإيفانو تافيرنيلي. "الخوارزميات الكمومية لحسابات البنية الإلكترونية: التوسعات الهاميلتونية ذات الثقوب الجسيمية والمُحسَّنة لوظيفة الموجة". فيز. القس أ 98 ، 022322 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.022322

[34] بريان ت. جارد ، لينجوا تشو ، جورج إس بارون ، نيكولاس ج. مايهال ، صوفيا إي إيكونومو ، وإدوين بارنز. "دوائر إعداد فعالة للحفاظ على التناظر لخوارزمية eigensolver الكم المتغيرة". المعلومات الكمومية npj 6 ، 10 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0240-1

[35] ديف ويكر ، ماثيو ب.هاستينغز ، وماتياس تروير. "التقدم نحو خوارزميات التباين الكمي العملية". فيز. القس أ 92 ، 042303 (2015).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.92.042303

[36] إم جانزورن ، دي جي إيجر ، بي باركوتسوس ، بي أوليترولت ، جي ساليس ، إن مولر ، إم روث ، إيه فوهرر ، بي مولر ، إس. "محاكاة بوابة فعالة من eigenstates الجزيئية على الكمبيوتر الكمومي". فيز. القس. 11 ، 044092 (2019).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.11.044092

[37] PJJ O'Malley، R. Babbush، ID Kivlichan، J. Romero، JR McClean، R. Barends، J. Kelly، P. Roushan، A. Tranter، N. Ding، B. Campbell، Y. Chen، Z. Chen ، B. Chiaro ، A. Dunsworth ، AG Fowler ، E. Jeffrey ، E. Lucero ، A. Megrant ، JY Mutus ، M. Neeley ، C. Neill ، C. Quintana ، D. Sank ، A. Vainsencher ، J. Wenner و TC White و PV Coveney و PJ Love و H. Neven و A. Aspuru-Guzik و JM Martinis. "محاكاة كمية قابلة للتطوير للطاقات الجزيئية". فيز. القس X 6 ، 031007 (2016).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.6.031007

[38] زانج جيانج ، كيفن ج. سونج ، كوستيانتين كيشيدجي ، فاديم ن. سميليانسكي ، وسيرجيو بويكسو. "الخوارزميات الكمومية لمحاكاة فيزياء الأجسام المتعددة للفرميونات المترابطة". فيز. القس. 9 ، 044036 (2018).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.9.044036

[39] لورا كلينتون ويوهانس باوش وتوبي كوبيت. "خوارزميات محاكاة هاميلتونية للأجهزة الكمومية على المدى القريب". اتصالات الطبيعة 12 ، 4989 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-021-25196-0

[40] ويليام جيه. هاغينز ، وجارود آر ماكلين ، ونيكولاس سي.روبين ، وزانغ جيانغ ، وناثان ويب ، وك. بيرجيتا والي ، وريان بابوش. "القياسات الفعالة والمقاومة للضوضاء لكيمياء الكم على أجهزة الكمبيوتر الكمومية على المدى القريب". معلومات الكم 7 ، 23 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-020-00341-7

[41] أوفيليا كروفورد ، بارنابي فان ستراتن ، داوشين وانج ، توماس باركس ، إيرل كامبل ، وستيفن بريرلي. "القياس الكمي الفعال لمشغلي باولي في وجود خطأ محدود في أخذ العينات". الكم 5 ، 385 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-01-20-385

[42] براناف جوخال ، أوليفيا أنجيولي ، ويونجشان دينج ، وكايوين جوي ، وتيج توميش ، ومارتن سوشارا ، ومارجريت مارتونوسي ، وفريدريك تي تشونج. “$ O (N ^ 3) $ تكلفة القياس للتغير الكمي eigensolver على الهاميلتونيين الجزيئي”. معاملات IEEE في هندسة الكم 1 ، 1-24 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3035814

[43] Artur F Izmaylov و Tzu-Ching Yen و Ilya G Ryabinkin. "مراجعة عملية القياس في eigensolver الكم المتغير: هل من الممكن تقليل عدد المشغلين الذين تم قياسهم بشكل منفصل؟". العلوم الكيميائية 10 ، 3746–3755 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1039 / C8SC05592K

[44] براناف جوخال ، أوليفيا أنجيولي ، ويونجشان دينج ، وكايوين جوي ، وتيج توميش ، ومارتن سوشارا ، ومارجريت مارتونوسي ، وفريدريك تي تشونج. "التقليل من استعدادات الحالة في eigensolver الكم المتغير عن طريق التقسيم إلى عائلات متنقلة" (2019).

[45] تشينيو كاي. "تقدير الموارد لمحاكاة التباين الكمي لنموذج هوبارد". فيز. القس. 14 ، 014059 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.14.014059

[46] ديفيد ب. كابلان وجيسي آر سترايكر. "قانون جاوس ، الازدواجية ، والصياغة الهاميلتونية لنظرية مقياس شعرية u (1)". فيز. القس د 102 ، 094515 (2020).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.102.094515

[47] جوليا مازولا ، وسيمون في ماتيس ، وجولييلمو مازولا ، وإيفانو تافيرنيلي. "الدوائر الكمومية غير المتغيرة مقابل $ u $ (1) ونظريات قياس شعرية yang-mills". فيز. القس الدقة. 3 ، 043209 (2021).
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043209

[48] تاتيانا أ. بيسبالوفا وأولكسندر كيرينكو. "محاكاة الكم وإعداد الحالة الأرضية لنموذج قرص العسل kitaev" (2021).

[49] فيل بيرغولم ، جوش إيزاك ، ماريا شولد ، كريستيان غوغولين ، شاهناواز أحمد ، فيشنو أجيث ، إم. بروملي ، بنيامين أ.كوردييه ، جاك سيروني ، آلان ديلجادو ، أوليفيا دي ماتيو ، أمينتور دوسكو ، تانيا جارج ، دييجو جوالا ، أنتوني هايز ، ريان هيل ، أروسا إجاز ، ثيودور إيساكسون ، ديفيد إيتا ، سوران جاهانجيري ، براتيك جاين ، إدوارد جيانغ ، عنكيت كانديلوال ، كوربينيان كوتمان ، روبرت إيه لانج ، كريستينا لي ، توماس لوك ، أنجوس لوي ، كيري ماكيرنان ، جوهانس جاكوب ماير ، جيه إيه مونتانيز-باريرا ، رومان مويارد ، زيوي نيو ، لي جيمس أوريوردان ، ستيفن أود ، أشيش بانيغراهي ، تشاي يون بارك ، دانيال بولاتاجكو ، نيكولاس كيسادا ، تشيس روبرتس ، ناحوم سا ، إيزيدور شوش ، بورون شي ، شولي شو ، سوكين سيم ، أرشبريت سينغ ، إنغريد ستراندبرغ ، جاي سوني ، أنتال سزافا ، سليمان ثابت ، رودريجو إيه فارغاس-هيرنانديز ، تريفور فينسينت ، نيكولا فيتوتشي ، موريس ويبر ، ديفيد ويريتش ، رولاند وير سيما ، موريتز ويلمان ، فنسنت وونغ ، شاومينغ زانغ ، وناثان كيلوران. "Pennylane: التمايز التلقائي للحسابات الكمومية الكلاسيكية الهجينة" (2018).

دليلنا يستخدم من قبل

[1] ليوبوف أ.ماركوفيتش ، عطا الله الماسي ، سينا ​​زيتين أوغلو ، ويوهانس بوريغارد ، "الذاكرة الكمية بمساعدة التقدير المرصود" ، أرخايف: 2212.07710, (2022).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-02-21 17:19:13). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

لا يمكن أن تجلب استشهد تبادل البيانات أثناء آخر محاولة 2023-02-21 17:19:10: لا يمكن جلب البيانات المستشهد بها من 10.22331 / q-2023-02-21-930 من Crossref. هذا أمر طبيعي إذا تم تسجيل DOI مؤخرًا.

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم