論文の概要: Simulating nonnative cubic interactions on noisy quantum machines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.06885v3
- Date: Sat, 13 Feb 2021 06:38:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-23 11:40:01.893116
- Title: Simulating nonnative cubic interactions on noisy quantum machines
- Title（参考訳）: 雑音量子マシンにおける非ネイティブ立方体相互作用のシミュレーション
- Authors: Yuan Shi, Alessandro R. Castelli, Xian Wu, Ilon Joseph, Vasily Geyko,
Frank R. Graziani, Stephen B. Libby, Jeffrey B. Parker, Yaniv J. Rosen, Luis
A. Martinez, Jonathan L DuBois
- Abstract要約: 量子プロセッサは、ハードウェアに固有のものではないダイナミクスを効率的にシミュレートするためにプログラムできることを示す。
誤差補正のないノイズのあるデバイスでは、モジュールゲートを用いて量子プログラムをコンパイルするとシミュレーション結果が大幅に改善されることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 65.38483184536494
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: As a milestone for general-purpose computing machines, we demonstrate that
quantum processors can be programmed to efficiently simulate dynamics that are
not native to the hardware. Moreover, on noisy devices without error
correction, we show that simulation results are significantly improved when the
quantum program is compiled using modular gates instead of a restricted set of
standard gates. We demonstrate the general methodology by solving a cubic
interaction problem, which appears in nonlinear optics, gauge theories, as well
as plasma and fluid dynamics. To encode the nonnative Hamiltonian evolution, we
decompose the Hilbert space into a direct sum of invariant subspaces in which
the nonlinear problem is mapped to a finite-dimensional Hamiltonian simulation
problem. In a three-states example, the resultant unitary evolution is realized
by a product of ~20 standard gates, using which ~10 simulation steps can be
carried out on state-of-the-art quantum hardware before results are corrupted
by decoherence. In comparison, the simulation depth is improved by more than an
order of magnitude when the unitary evolution is realized as a single cubic
gate, which is compiled directly using optimal control. Alternatively,
parametric gates may also be compiled by interpolating control pulses. Modular
gates thus obtained provide high-fidelity building blocks for quantum
Hamiltonian simulations.
- Abstract（参考訳）: 汎用コンピューティングマシンのマイルストーンとして,量子プロセッサをプログラムして,ハードウェアに固有ではないダイナミクスを効率的にシミュレートできることを実証する。
さらに,誤差補正のないノイズのあるデバイスでは,量子プログラムが標準ゲートの制限セットではなくモジュールゲートを用いてコンパイルされると,シミュレーション結果が大幅に改善されることを示す。
本稿では, 非線形光学, ゲージ理論, プラズマ, 流体力学に現れる3次相互作用問題を解くことで, 一般的な手法を実証する。
非ネイティブハミルトニアン進化を符号化するために、ヒルベルト空間を、非線形問題を有限次元ハミルトニアンシミュレーション問題に写像する不変部分空間の直和に分解する。
3状態の例では、結果のユニタリ進化は20個の標準ゲートの積によって実現され、その結果がデコヒーレンスによって破壊される前に、最先端の量子ハードウェア上で10個のシミュレーションステップを実行することができる。
比較すると、単一立方体ゲートとしてユニタリ進化が実現された場合、シミュレーション深度は桁違いに改善され、最適な制御で直接コンパイルされる。
あるいは、パラメトリックゲートは制御パルスを補間してコンパイルすることもできる。
モジュラーゲートは量子ハミルトニアンシミュレーションのための高忠実度なビルディングブロックを提供する。
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