論文の概要: Long-time simulations with high fidelity on quantum hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.04313v1
• Date: Mon, 8 Feb 2021 16:18:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2021-02-11 04:22:09.855613
• Title: Long-time simulations with high fidelity on quantum hardware
• Title（参考訳）: 量子ハードウェアにおける高忠実度長期シミュレーション
• Authors: Joe Gibbs, Kaitlin Gili, Zo\"e Holmes, Benjamin Commeau, Andrew Arrasmith, Lukasz Cincio, Patrick J. Coles and Andrew Sornborger
• Abstract要約: 本研究では,現在のハードウェア上で長時間,高忠実度シミュレーションを行うことが可能であることを示す。 具体的には、リゲッティおよびIBM量子コンピュータ上でのXYモデルスピンチェーンをシミュレートする。 これは反復トロッター法で可能なよりも150倍長い因子である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8909337252764988
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Moderate-size quantum computers are now publicly accessible over the cloud, opening the exciting possibility of performing dynamical simulations of quantum systems. However, while rapidly improving, these devices have short coherence times, limiting the depth of algorithms that may be successfully implemented. Here we demonstrate that, despite these limitations, it is possible to implement long-time, high fidelity simulations on current hardware. Specifically, we simulate an XY-model spin chain on the Rigetti and IBM quantum computers, maintaining a fidelity of at least 0.9 for over 600 time steps. This is a factor of 150 longer than is possible using the iterated Trotter method. Our simulations are performed using a new algorithm that we call the fixed state Variational Fast Forwarding (fsVFF) algorithm. This algorithm decreases the circuit depth and width required for a quantum simulation by finding an approximate diagonalization of a short time evolution unitary. Crucially, fsVFF only requires finding a diagonalization on the subspace spanned by the initial state, rather than on the total Hilbert space as with previous methods, substantially reducing the required resources.
• Abstract（参考訳）: 中規模の量子コンピュータは今やクラウド上で公開され、量子システムの動的シミュレーションを行うエキサイティングな可能性を開く。 しかし、急速に改善される一方で、これらのデバイスはコヒーレンス時間が短く、うまく実装できるアルゴリズムの深さが制限される。 ここでは、これらの制限にもかかわらず、現在のハードウェア上で長時間、高忠実度シミュレーションを実装できることを実証する。 具体的には、リゲッティとIBMの量子コンピュータ上のXYモデルスピンチェーンをシミュレートし、600以上の時間ステップで少なくとも0.9の忠実さを維持する。 これは反復トロッター法で可能なよりも150倍長い因子である。 我々のシミュレーションは、固定状態変動高速フォワード法(fsVFF)アルゴリズムと呼ばれる新しいアルゴリズムを用いて行われる。 このアルゴリズムは、短時間進化ユニタリの近似対角化を見つけることにより、量子シミュレーションに必要な回路深さと幅を減少させる。 要するに、fsVFF は、従来の方法のようにヒルベルト空間全体ではなく、初期状態によってまたがる部分空間上の対角化を見つけるだけで、必要な資源を大幅に削減できる。

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