Feilfast Monte Carlo kvantesimulering av imaginær tid

Publisert av Platon

Følgere: 0

Mingxia Huo¹ og Ying Li²

¹Institutt for fysikk og Beijing nøkkellaboratorium for magnetisk-fotoelektrisk kompositt- og grensesnittvitenskap, School of Mathematics and Physics, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, Kina
²Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100193, Kina

Finn dette papiret interessant eller vil diskutere? Scite eller legg igjen en kommentar på SciRate.

Abstrakt

Å beregne grunntilstandsegenskapene til kvante-mangekroppssystemer er en lovende anvendelse av kortsiktig kvantemaskinvare med potensiell innvirkning på mange felt. Den konvensjonelle algoritmen kvantefaseestimering bruker dype kretsløp og krever feiltolerante teknologier. Mange kvantesimuleringsalgoritmer utviklet nylig fungerer på en unøyaktig og variasjonell måte for å utnytte grunne kretser. I dette arbeidet kombinerer vi quantum Monte Carlo med quantum computing og foreslår en algoritme for å simulere den imaginære tidsevolusjonen og løse grunntilstandsproblemet. Ved å ta prøver av sanntidsevolusjonsoperatøren med en tilfeldig utviklingstid i henhold til en modifisert Cauchy-Lorentz-fordeling, kan vi beregne den forventede verdien av en observerbar evolusjon i imaginær tid. Algoritmen vår nærmer seg den eksakte løsningen gitt en kretsdybde som øker polylogaritmisk med ønsket nøyaktighet. Sammenlignet med kvantefaseestimering kan Trotter-trinntallet, dvs. kretsdybden, være tusenvis av ganger mindre for å oppnå samme nøyaktighet i grunntilstandsenergien. Vi verifiserer motstandskraften mot Trotterization-feil forårsaket av den endelige kretsdybden i den numeriske simuleringen av forskjellige modeller. Resultatene viser at Monte Carlo kvantesimulering er lovende selv uten en fullstendig feiltolerant kvantedatamaskin.

► BibTeX-data

@article{Huo2023errorresilientmonte, doi = {10.22331/q-2023-02-09-916}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-09-916}, tittel = {Feil- spenstig {M}onte {C}arlo kvantesimulering av imaginær tid}, forfatter = {Huo, Mingxia og Li, Ying}, journal = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, utgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volum = {7}, sider = {916}, måned = feb, år = {2023} }

► Referanser

[1] Richard P. Feynman. Simulering av fysikk med datamaskiner. Internat. J. Teoret. Phys., 21 (6-7): 467–488, juni 1982. 10.1007/bf02650179.
https: / / doi.org/ 10.1007 / bf02650179

[2] Seth Lloyd. Universelle kvantesimulatorer. Science, 273 (5278): 1073–1078, aug 1996. 10.1126/science.273.5278.1073.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.273.5278.1073

[3] J. Carlson, S. Gandolfi, F. Pederiva, Steven C. Pieper, R. Schiavilla, KE Schmidt og RB Wiringa. Quantum Monte Carlo metoder for kjernefysikk. Rev. Mod. Phys., 87 (3): 1067–1118, sep 2015. 10.1103/revmodphys.87.1067.
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.87.1067

[4] BL Hammond, WA Lester og PJ Reynolds. Monte Carlo-metoder i Ab Initio kvantekjemi. WORLD SCIENTIFIC, mars 1994. 10.1142/1170.
https: / / doi.org/ 10.1142 / 1170

[5] WMC Foulkes, L. Mitas, RJ Needs og G. Rajagopal. Quantum monte carlo simuleringer av faste stoffer. Rev. Mod. Phys., 73 (1): 33–83, jan 2001. 10.1103/revmodphys.73.33.
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.73.33

[6] U. Schollwöck. Densitet-matrise renormaliseringsgruppen. Rev. Mod. Phys., 77 (1): 259–315, apr 2005. 10.1103/revmodphys.77.259.
https: / / doi.org/ 10.1103 / revmodphys.77.259

[7] Daniel S. Abrams og Seth Lloyd. Kvantealgoritme som gir eksponentiell hastighetsøkning for å finne egenverdier og egenvektorer. Phys. Rev. Lett., 83 (24): 5162–5165, des 1999. 10.1103/physrevlett.83.5162.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.83.5162

[8] Alán Aspuru-Guzik, Anthony D. Dutoi, Peter J. Love og Martin Head-Gordon. Simulert kvanteberegning av molekylære energier. Science, 309 (5741): 1704–1707, sep 2005. 10.1126/science.1113479.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1113479

[9] Dave Wecker, Bela Bauer, Bryan K. Clark, Matthew B. Hastings og Matthias Troyer. Gate-telling estimater for å utføre kvantekjemi på små kvantedatamaskiner. Phys. Rev. A, 90 (2): 022305, aug 2014. 10.1103/physreva.90.022305.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.90.022305

[10] Markus Reiher, Nathan Wiebe, Krysta M. Svore, Dave Wecker og Matthias Troyer. Belyse reaksjonsmekanismer på kvantedatamaskiner. Proc. Natl. Acad. Sci., 114 (29): 7555–7560, jul 2017. 10.1073/pnas.1619152114.
https: / / doi.org/ 10.1073 / pnas.1619152114

[11] Ryan Babbush, Craig Gidney, Dominic W. Berry, Nathan Wiebe, Jarrod McClean, Alexandru Paler, Austin Fowler og Hartmut Neven. Koding av elektroniske spektre i kvantekretser med lineær t-kompleksitet. Phys. Rev. X, 8 (4): 041015, oktober 2018. 10.1103/physrevx.8.041015.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevx.8.041015

[12] Emanuel Knill, Raymond Laflamme og Wojciech H. Zurek. Spenstig kvanteberegning. Science, 279 (5349): 342–345, jan 1998. 10.1126/science.279.5349.342.
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.279.5349.342

[13] Austin G. Fowler, Matteo Mariantoni, John M. Martinis og Andrew N. Cleland. Overflatekoder: Mot praktisk storskala kvanteberegning. Phys. Rev. A, 86 (3): 032324, sep 2012. 10.1103/physreva.86.032324.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.86.032324

[14] John Preskill. Kvantedatabehandling i NISQ-æraen og utover. Quantum, 2: 79, aug 2018. 10.22331/q-2018-08-06-79.
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[15] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J. Love, Alán Aspuru-Guzik og Jeremy L. O'Brien. En variasjonsegenverdiløser på en fotonisk kvanteprosessor. Nat. Commun., 5 (1), jul 2014. 10.1038/ncomms5213.
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213

[16] Dave Wecker, Matthew B. Hastings og Matthias Troyer. Fremgang mot praktiske kvantevariasjonsalgoritmer. Phys. Rev. A, 92 (4): 042303, okt 2015. 10.1103/physreva.92.042303.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.92.042303

[17] Sam McArdle, Tyson Jones, Suguru Endo, Ying Li, Simon C. Benjamin og Xiao Yuan. Variasjonsansatz-basert kvantesimulering av imaginær tidsevolusjon. npj Quantum Inf., 5 (1), sep 2019. 10.1038/s41534-019-0187-2.
https://doi.org/10.1038/s41534-019-0187-2

[18] Mario Motta, Chong Sun, Adrian TK Tan, Matthew J. O'Rourke, Erika Ye, Austin J. Minnich, Fernando GSL Brandão og Garnet Kin-Lic Chan. Bestemme egentilstander og termiske tilstander på en kvantedatamaskin ved å bruke kvanteimaginær tidsevolusjon. Nature Physics, 16 (2): 205–210, nov 2019. 10.1038/s41567-019-0704-4.
https://doi.org/10.1038/s41567-019-0704-4

[19] Sheng-Hsuan Lin, Rohit Dilip, Andrew G. Green, Adam Smith og Frank Pollmann. Sann- og imaginær-tidsevolusjon med komprimerte kvantekretser. PRX Quantum, 2 (1): 010342, mars 2021. 10.1103/prxquantum.2.010342.
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.010342

[20] William J. Huggins, Bryan A. O'Gorman, Nicholas C. Rubin, David R. Reichman, Ryan Babbush og Joonho Lee. Forutsetningsløs fermionisk quantum monte carlo med en kvantedatamaskin. Nature, 603 (7901): 416–420, mars 2022. 10.1038/s41586-021-04351-z.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-021-04351-z

[21] Andrei Alexandru, Gökçe Başar, Paulo F. Bedaque, Sohan Vartak og Neill C. Warrington. Monte Carlo-studie av sanntidsdynamikk på gitteret. Phys. Rev. Lett., 117 (8): 081602, aug 2016. 10.1103/physrevlett.117.081602.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.117.081602

[22] Guifré Vidal. Effektiv simulering av endimensjonale kvante-mangekroppssystemer. Phys. Rev. Lett., 93 (4): 040502, jul 2004. 10.1103/physrevlett.93.040502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.93.040502

[23] GC Wick. Egenskaper til bethe-salpeter-bølgefunksjoner. Phys. Rev., 96 (4): 1124–1134, nov 1954. 10.1103/physrev.96.1124.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrev.96.1124

[24] Tong Liu, Jin-Guo Liu og Heng Fan. Probabilistisk ikke-enhetlig port i imaginær tidsevolusjon. Quantum Inf. Process., 20 (6), jun 2021. 10.1007/s11128-021-03145-6.
https://doi.org/10.1007/s11128-021-03145-6

[25] F. Turro, A. Roggero, V. Amitrano, P. Luchi, KA Wendt, JL Dubois, S. Quaglioni og F. Pederiva. Imaginær tidsutbredelse på en kvantebrikke. Phys. Rev. A, 105 (2): 022440, feb 2022. 10.1103/physreva.105.022440.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.105.022440

[26] Yongdan Yang, Bing-Nan Lu og Ying Li. Akselerert quantum monte carlo med begrenset feil på støyende kvantedatamaskin. PRX Quantum, 2 (4): 040361, des. 2021. 10.1103/prxquantum.2.040361.
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.040361

[27] DFB ten Haaf, HJM van Bemmel, JMJ van Leeuwen, W. van Saarloos og DM Ceperley. Bevis for en øvre grense i monte carlo med fast node for gitterfermioner. Phys. Rev. B, 51 (19): 13039–13045, mai 1995. 10.1103/physrevb.51.13039.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.51.13039

[28] Mario Motta og Shiwei Zhang. Ab initio beregninger av molekylære systemer ved hjelp av hjelpefelt quantum monte carlo metoden. WIREs Comput. Mol. Sci., 8 (5), mai 2018. 10.1002/wcms.1364.
https: / / doi.org/ 10.1002 / wcms.1364

[29] Joonho Lee, Dominic W. Berry, Craig Gidney, William J. Huggins, Jarrod R. McClean, Nathan Wiebe og Ryan Babbush. Enda mer effektive kvanteberegninger av kjemi gjennom tensorhyperkontraksjon. PRX Quantum, 2 (3): 030305, jul 2021. 10.1103/prxquantum.2.030305.
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.030305

[30] Artur K. Ekert, Carolina Moura Alves, Daniel KL Oi, Michał Horodecki, Paweł Horodecki og LC Kwek. Direkte estimeringer av lineære og ikke-lineære funksjoner av en kvantetilstand. Phys. Rev. Lett., 88 (21): 217901, mai 2002. 10.1103/physrevlett.88.217901.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.88.217901

[31] Sirui Lu, Mari Carmen Bañuls og J. Ignacio Cirac. Algoritmer for kvantesimulering ved endelige energier. PRX Quantum, 2 (2): 020321, mai 2021. 10.1103/prxquantum.2.020321.
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.020321

[32] Thomas E. O'Brien, Stefano Polla, Nicholas C. Rubin, William J. Huggins, Sam McArdle, Sergio Boixo, Jarrod R. McClean og Ryan Babbush. Feilredusering via verifisert faseestimering. PRX Quantum, 2 (2): 020317, mai 2021. 10.1103/prxquantum.2.020317.
https: / / doi.org/ 10.1103 / prxquantum.2.020317

[33] Michael A. Nielsen og Isaac L. Chuang. Kvanteberegning og kvanteinformasjon. Cambridge University Press, juni 2012. 10.1017/cbo9780511976667.
https: / / doi.org/ 10.1017 / cbo9780511976667

[34] Dominic W. Berry, Graeme Ahokas, Richard Cleve og Barry C. Sanders. Effektive kvantealgoritmer for å simulere sparsomme hamiltonianere. Comm. Matte. Phys., 270 (2): 359–371, des. 2006. 10.1007/s00220-006-0150-x.
https: / / doi.org/ 10.1007 / s00220-006-0150-x

[35] Nathan Wiebe, Dominic Berry, Peter Høyer og Barry C Sanders. Høyere ordens dekomponeringer av ordnede operatoreksponentialer. J. Phys. A: Matematikk. Theor., 43 (6): 065203, jan 2010. 10.1088/1751-8113/43/6/065203.
https://doi.org/10.1088/1751-8113/43/6/065203

[36] Andrew M. Childs og Nathan Wiebe. Hamiltonsimulering ved bruk av lineære kombinasjoner av enhetlige operasjoner. Quantum Inf. Comput., 12 (11&12): 901–924, nov 2012. 10.26421/qic12.11-12-1.
https: / / doi.org/ 10.26421 / qic12.11-12-1

[37] Dominic W. Berry, Andrew M. Childs, Richard Cleve, Robin Kothari og Rolando D. Somma. Simulerer hamiltonsk dynamikk med en avkortet taylor-serie. Phys. Rev. Lett., 114 (9): 090502, mar 2015. 10.1103/physrevlett.114.090502.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.114.090502

[38] Guang Hao Low og Isaac L. Chuang. Optimal Hamilton-simulering ved kvantesignalbehandling. Phys. Rev. Lett., 118 (1): 010501, jan 2017. 10.1103/physrevlett.118.010501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.118.010501

[39] Earl Campbell. Tilfeldig kompilator for rask Hamiltonsk simulering. Phys. Rev. Lett., 123 (7): 070503, aug 2019. 10.1103/physrevlett.123.070503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.123.070503

[40] Andrew M. Childs, Aaron Ostrander og Yuan Su. Raskere kvantesimulering ved randomisering. Quantum, 3: 182, sep 2019. 10.22331/q-2019-09-02-182.
https://doi.org/10.22331/q-2019-09-02-182

[41] Paul K. Faehrmann, Mark Steudtner, Richard Kueng, Maria Kieferova og Jens Eisert. Randomisering av multi-produkt formler for Hamiltonian simulering. Quantum, 6: 806, september 2022. ISSN 2521-327X. 10.22331/q-2022-09-19-806. URL https:///doi.org/10.22331/q-2022-09-19-806.
https://doi.org/10.22331/q-2022-09-19-806

[42] Richard Meister, Simon C. Benjamin og Earl T. Campbell. Skreddersy terminavkortninger for elektroniske strukturberegninger ved bruk av en lineær kombinasjon av unitære. Quantum, 6: 637, feb 2022. 10.22331/q-2022-02-02-637.
https://doi.org/10.22331/q-2022-02-02-637

[43] Jarrod R. McClean, Mollie E. Kimchi-Schwartz, Jonathan Carter og Wibe A. de Jong. Hybrid kvante-klassisk hierarki for å redusere dekoherens og bestemmelse av eksiterte tilstander. Phys. Rev. A, 95 (4): 042308, apr 2017. 10.1103/physreva.95.042308.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.95.042308

[44] Robert M. Parrish og Peter L. McMahon. Kvantefilterdiagonalisering: Kvanteegendekomponering uten full kvantefaseestimering. september 2019. https:///arxiv.org/abs/1909.08925.
arxiv: 1909.08925

[45] Nicholas H. Stair, Renke Huang og Francesco A. Evangelista. En multireferanse kvantekrylov-algoritme for sterkt korrelerte elektroner. J. Chem. Theory Comput., 16 (4): 2236–2245, feb 2020. 10.1021/acs.jctc.9b01125.
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.9b01125

[46] Ethan N. Epperly, Lin Lin og Yuji Nakatsukasa. En teori om kvanteunderromsdiagonalisering. SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications, 43 (3): 1263–1290, aug 2022. 10.1137/21m145954x.
https:///doi.org/10.1137/21m145954x

[47] Thomas E O'Brien, Brian Tarasinski og Barbara M Terhal. Kvantefaseestimering av flere egenverdier for småskala (støyende) eksperimenter. New J. Phys., 21 (2): 023022, feb 2019. 10.1088/1367-2630/aafb8e.
https:///doi.org/10.1088/1367-2630/aafb8e

[48] Rolando D Somma. Kvanteegenverdiestimering via tidsserieanalyse. New J. Phys., 21 (12): 123025, des. 2019. 10.1088/1367-2630/ab5c60.
https://doi.org/10.1088/1367-2630/ab5c60

[49] A. Roggero. Spektraltetthetsestimering med gaussisk integraltransformasjon. Phys. Rev. A, 102 (2): 022409, aug 2020. 10.1103/physreva.102.022409.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.102.022409

[50] AE Russo, KM Rudinger, BCA Morrison og AD Baczewski. Evaluering av energiforskjeller på en kvantedatamaskin med robust faseestimering. Phys. Rev. Lett., 126 (21): 210501, mai 2021. 10.1103/physrevlett.126.210501.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.126.210501

[51] Kianna Wan, Mario Berta og Earl T. Campbell. Randomisert kvantealgoritme for statistisk faseestimering. Phys. Rev. Lett., 129 (3): 030503, jul 2022. 10.1103/physrevlett.129.030503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevlett.129.030503

[52] Yuan Liu, Minsik Cho og Brenda Rubenstein. Ab initio endelig temperatur hjelpefelt quantum monte carlo. Journal of Chemical Theory and Computation, 14 (9): 4722–4732, aug 2018. 10.1021/acs.jctc.8b00569.
https: / / doi.org/ 10.1021 / acs.jctc.8b00569

[53] Yuan-Yao He, Mingpu Qin, Hao Shi, Zhong-Yi Lu og Shiwei Zhang. Finite-temperatur hjelpefelt quantum monte carlo: Selvkonsistent begrensning og systematisk tilnærming til lave temperaturer. Physical Review B, 99 (4): 045108, jan 2019. 10.1103/physrevb.99.045108.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physrevb.99.045108

[54] Tyson Jones og Simon Benjamin. QuESTlink – matematikk bygd opp av en maskinvareoptimalisert kvanteemulator. Quantum Sci. Technol., 5 (3): 034012, mai 2020. 10.1088/2058-9565/ab8506.
https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / ab8506

[55] G. Ortiz, JE Gubernatis, E. Knill og R. Laflamme. Kvantealgoritmer for fermioniske simuleringer. Phys. Rev. A, 64 (2): 022319, jul 2001. 10.1103/physreva.64.022319.
https: / / doi.org/ 10.1103 / physreva.64.022319

[56] https://qiskit.org/documentation/nature/.
https://qiskit.org/documentation/nature/

Sitert av

[1] Keisuke Matsumoto, Yuta Shingu, Suguru Endo, Shiro Kawabata, Shohei Watabe, Tetsuro Nikuni, Hideaki Hakoshima og Yuichiro Matsuzaki, "Beregning av Gibbs partisjonsfunksjon med imaginær tidsevolusjon på kortsiktige kvantedatamaskiner", Japanese Journal of Applied Physics 61 4, 042002 (2022).

[2] Yu-Rong Shu, Shao-Kai Jian og Shuai Yin, "Nonequilibrium Dynamics of Deconfined Quantum Critical Point in Imaginary Time", Fysiske gjennomgangsbrev 128 2, 020601 (2022).

[3] Pei Zeng, Jinzhao Sun og Xiao Yuan, "Universell kvantealgoritmisk kjøling på en kvantedatamaskin", arxiv: 2109.15304, (2021).

[4] Yifei Huang, Yuguo Shao, Weiluo Ren, Jinzhao Sun og Dingshun Lv, "Effektiv kvanteimaginær tidsevolusjon ved å drive sanntidsevolusjon: en tilnærming med lav port- og målekompleksitet", arxiv: 2203.11112, (2022).

[5] Yukun Zhang, Yifei Huang, Jinzhao Sun, Dingshun Lv og Xiao Yuan, "Quantum Computing Quantum Monte Carlo", arxiv: 2206.10431, (2022).

[6] Zongkang Zhang, Anbang Wang, Xiaosi Xu og Ying Li, "Målingseffektiv kvante Krylov underromsdiagonalisering", arxiv: 2301.13353, (2023).

[7] Qingxing Xie, Yi Song og Yan Zhao, "Power of Sine Hamiltonian Operator for Estimating the Eigenstate Energies on Quantum Computers", arxiv: 2209.14801, (2022).

Sitatene ovenfor er fra SAO / NASA ADS (sist oppdatert vellykket 2023-02-11 13:59:14). Listen kan være ufullstendig fordi ikke alle utgivere gir passende og fullstendige sitasjonsdata.

On Crossrefs siterte tjeneste ingen data om sitering av verk ble funnet (siste forsøk 2023-02-11 13:59:12).

Denne artikkelen er utgitt i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) tillatelse. Opphavsrett forblir hos de opprinnelige rettighetshaverne som forfatterne eller institusjonene deres.

SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-09-916/

Tidstempel: Februar 9, 2023

Mer fra Kvantejournal

Korrelasjoner begrenset av sammensatte målinger

Kvantejournal

Kilde node: 1778803

Tidstempel: Desember 19, 2022

Avviksgrenser og konsentrasjonsulikheter for kvantestøy

Kildeklynge:

Kvantejournal

Kilde node: 1608485

Tidstempel: August 4, 2022

Feilfast Monte Carlo kvantesimulering av imaginær tid

Publisert av Platon

Abstrakt

► BibTeX-data

► Referanser

Sitert av

Mer fra Kvantejournal

Korrelasjoner begrenset av sammensatte målinger

Quantum Chaos er Quantum

Topologiske koblingsmodeller av flerpartssammenfiltring

MQT Bench: Benchmarking Software og Design Automation Tools for Quantum Computing

Stabiliserende entropier og ikke-stabiliserende monotoner

Testing av identiteten til samlinger av kvantetilstander: prøvekompleksitetsanalyse

Parameterinnstilling i omtrentlig kvanteoptimalisering av vektede problemer

Kvantesignaturer i ikke-lineære gravitasjonsbølger

Avviksgrenser og konsentrasjonsulikheter for kvantestøy

Om Oss

Vertikal søk og Ai

Plattform

Hold kontakten

Logg inn