論文の概要: Low-depth Hamiltonian Simulation by Adaptive Product Formula
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.05283v3
- Date: Tue, 12 Mar 2024 19:01:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-14 19:26:21.516432
- Title: Low-depth Hamiltonian Simulation by Adaptive Product Formula
- Title（参考訳）: 適応積公式による低深さハミルトニアンシミュレーション
- Authors: Zi-Jian Zhang, Jinzhao Sun, Xiao Yuan, Man-Hong Yung
- Abstract要約: 量子コンピュータ上の量子システムの力学を効率的に研究するために、様々なハミルトンシミュレーションアルゴリズムが提案されている。
本稿では,低深度時間進化回路を構築するための適応的手法を提案する。
我々の研究は、雑音の中規模量子デバイスを用いた実践的なハミルトンシミュレーションに光を当てている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.050399782773013
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Various Hamiltonian simulation algorithms have been proposed to efficiently
study the dynamics of quantum systems on a quantum computer. The existing
algorithms generally approximate the time evolution operators, which may need a
deep quantum circuit that is beyond the capability of near-term noisy quantum
devices. Here, focusing on the time evolution of a fixed input quantum state,
we propose an adaptive approach to construct a low-depth time evolution
circuit. By introducing a measurable quantifier that characterizes the
simulation error, we use an adaptive strategy to learn the shallow quantum
circuit that minimizes that error. We numerically test the adaptive method with
electronic Hamiltonians of the $\mathrm{H_2O}$ and $\mathrm{H_4}$ molecules,
and the transverse field Ising model with random coefficients. Compared to the
first-order Suzuki-Trotter product formula, our method can significantly reduce
the circuit depth (specifically the number of two-qubit gates) by around two
orders while maintaining the simulation accuracy. We show applications of the
method in simulating many-body dynamics and solving energy spectra with the
quantum Krylov algorithm. Our work sheds light on practical Hamiltonian
simulation with noisy-intermediate-scale-quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータ上の量子システムの力学を効率的に研究するために、様々なハミルトンシミュレーションアルゴリズムが提案されている。
既存のアルゴリズムは一般に時間進化演算子を近似しており、これは近時雑音量子デバイスの能力を超える深い量子回路を必要とする可能性がある。
本稿では、固定入力量子状態の時間発展に着目し、低深度時間進化回路を構築するための適応的なアプローチを提案する。
シミュレーションエラーを特徴付ける測定可能な量子化器を導入することにより、適応戦略を用いて、その誤差を最小限に抑える浅い量子回路を学習する。
適応法は、電子ハミルトニアンが$\mathrm{H_2O}$分子と$\mathrm{H_4}$分子、およびランダム係数を持つ横場イジングモデルで数値的に検証する。
1次スズキ・トロッター積公式と比較して、シミュレーション精度を維持しながら回路深さ(特に2ビットゲート数)を約2桁減らすことができる。
量子クリロフアルゴリズムを用いて多体ダイナミクスのシミュレーションとエネルギースペクトルの解法について述べる。
我々の研究は、雑音の中規模量子デバイスを用いた実践的なハミルトンシミュレーションに光を当てている。
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