1Centro Dahlem para Sistemas Quânticos Complexos, Freie Universität Berlin, 14195 Berlim, Alemanha
2Instituto de Circuitos Integrados, Johannes Kepler University Linz, Áustria
3Centro de Computação Quântica e Tecnologia de Comunicação, Centro de Software e Informação Quântica, Universidade de Tecnologia de Sydney, NSW 2007, Austrália
4Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Hahn-Meitner-Platz 1, 14109 Berlim, Alemanha
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Sumário
A simulação quântica, a simulação de processos quânticos em computadores quânticos, sugere um caminho a seguir para a simulação eficiente de problemas na física da matéria condensada, na química quântica e na ciência dos materiais. Embora a maioria dos algoritmos de simulação quântica sejam determinísticos, uma recente onda de ideias mostrou que a randomização pode beneficiar enormemente o desempenho algorítmico. Neste trabalho, apresentamos um esquema para simulação quântica que une as vantagens da compilação aleatória, por um lado, e fórmulas multiprodutos de ordem superior, como são usadas, por exemplo, em algoritmos de combinação linear de unitárias (LCU) ou erro quântico. mitigação, por outro lado. Ao fazer isso, propomos uma estrutura de amostragem aleatória que deverá ser útil para simuladores quânticos programáveis e apresentamos dois novos algoritmos de fórmula multiprodutos adaptados a ela. Nossa estrutura reduz a profundidade do circuito, contornando a necessidade de amplificação de amplitude inconsciente exigida pela implementação de fórmulas de vários produtos usando métodos LCU padrão, tornando-a especialmente útil para os primeiros computadores quânticos usados para estimar a dinâmica de sistemas quânticos em vez de realizar análises completas. estimativa de fase quântica. Nossos algoritmos atingem um erro de simulação que diminui exponencialmente com a profundidade do circuito. Para corroborar o seu funcionamento, comprovamos limites rigorosos de desempenho, bem como a concentração do procedimento de amostragem aleatória. Demonstramos o funcionamento da abordagem para vários exemplos fisicamente significativos de hamiltonianos, incluindo sistemas fermiônicos e o modelo Sachdev – Ye – Kitaev, para os quais o método fornece uma escala favorável no esforço.
Imagem em destaque: Visão geral da estrutura de amostragem aleatória introduzida para estimar a dinâmica de observáveis. Depois de preparar uma fórmula de vários produtos para amostragem de importância, podemos executar o Algoritmo 1 de nosso trabalho para implementá-lo de maneira simples e aleatória. Embora esta visão geral já indique seu uso para a evolução do tempo e para estimar a dinâmica dos observáveis, esses resultados se aplicam a fórmulas gerais de vários produtos.
Resumo popular
Mas há um novo ingrediente-chave que entra aqui e torna mais fácil a tarefa de simular sistemas quânticos de muitos corpos: isso é aleatoriedade. É pedir demais que o algoritmo leve ao resultado correto em cada execução. Em vez disso, ser exato apenas na média é muito mais eficiente em termos de recursos.
Consequentemente, propomos a aplicação aleatória de portas, gerando as superposições desejadas necessárias para esquemas de ordem superior em média, dando origem a implementações mais precisas. Descobrimos que essa compilação aleatória evita a necessidade de circuitos quânticos complexos, mantendo os benefícios de esquemas de ordem superior mais precisos.
Este trabalho apresenta novas técnicas que viabilizam simuladores quânticos já no regime intermediário de dispositivos quânticos programáveis. É, portanto, mais adequado para dispositivos de curto e médio prazo. Devido à sua simplicidade comparativa, nosso esquema também pode ser aplicado a simuladores quânticos programáveis. Dentro da estrutura desenvolvida, há muito potencial para novos métodos, por exemplo, formas mais eficientes de determinar estados fundamentais.
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On Serviço citado por Crossref nenhum dado sobre a citação de trabalhos foi encontrado (última tentativa 2022-09-19 22:19:05).
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