論文の概要: Fast and differentiable simulation of driven quantum systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.09282v1
• Date: Wed, 16 Dec 2020 21:43:38 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-20 10:54:05.295146
• Title: Fast and differentiable simulation of driven quantum systems
• Title（参考訳）: 駆動量子系の高速かつ微分可能なシミュレーション
• Authors: Ross Shillito, Jonathan A. Gross, Agustin Di Paolo, \'Elie Genois and Alexandre Blais
• Abstract要約: 我々は、ダイソン展開に基づく半解析手法を導入し、標準数値法よりもはるかに高速に駆動量子系を時間発展させることができる。 回路QEDアーキテクチャにおけるトランスモン量子ビットを用いた2量子ゲートの最適化結果を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 58.720142291102135
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The controls enacting logical operations on quantum systems are described by time-dependent Hamiltonians that often include rapid oscillations. In order to accurately capture the resulting time dynamics in numerical simulations, a very small integration time step is required, which can severely impact the simulation run-time. Here, we introduce a semi-analytic method based on the Dyson expansion that allows us to time-evolve driven quantum systems much faster than standard numerical integrators. This solver, which we name Dysolve, efficiently captures the effect of the highly oscillatory terms in the system Hamiltonian, significantly reducing the simulation's run time as well as its sensitivity to the time-step size. Furthermore, this solver provides the exact derivative of the time-evolution operator with respect to the drive amplitudes. This key feature allows for optimal control in the limit of strong drives and goes beyond common pulse-optimization approaches that rely on rotating-wave approximations. As an illustration of our method, we show results of the optimization of a two-qubit gate using transmon qubits in the circuit QED architecture.
• Abstract（参考訳）: 量子系で論理演算を実行する制御は時間依存ハミルトニアンによって記述され、しばしば高速振動を含む。 数値シミュレーションにおける結果の時間ダイナミクスを正確に把握するためには、非常に小さな積分時間ステップが必要であり、シミュレーション実行時間に大きな影響を及ぼす可能性がある。 本稿では,ダイソン展開に基づく半解析法を導入し,標準数値積分器よりも高速に時間発展駆動型量子システムを実現する。 このソルバーはdysolveと名付けられ、ハミルトニアン系における高振動項の効果を効率的に捉え、シミュレーションの実行時間と時間ステップサイズに対する感度を大幅に削減する。 さらに、この解法は、駆動振幅に関する時間発展作用素の正確な導出を提供する。 この重要な特徴は、強いドライブの限界における最適制御を可能にし、回転波近似に依存する一般的なパルス最適化アプローチを超える。 提案手法の例証として,回路QEDアーキテクチャにおけるトランスモン量子ビットを用いた2量子ゲートの最適化結果を示す。

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