論文の概要: Constant-Depth Circuits for Dynamic Simulations of Materials on Quantum
Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.07429v4
- Date: Tue, 13 Apr 2021 17:37:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-08 08:32:15.229923
- Title: Constant-Depth Circuits for Dynamic Simulations of Materials on Quantum
Computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータ上の材料の動的シミュレーションのための定数深さ回路
- Authors: Lindsay Bassman, Roel Van Beeumen, Ed Younis, Ethan Smith, Costin
Iancu, Wibe A. de Jong
- Abstract要約: 一次元材料ハミルトニアンの部分集合のシミュレーション時間の増加とともに、深さが一定となる回路を生成する方法を提案する。
実現可能な時間ステップ数に対する有効限を除去することにより、一定深度回路はトロッター誤差を無視的に小さくすることができる。
これは、科学的および技術的に関連する量子材料に対する長期力学のシミュレーションの道を開くものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Dynamic simulation of materials is a promising application for near-term
quantum computers. Current algorithms for Hamiltonian simulation, however,
produce circuits that grow in depth with increasing simulation time, limiting
feasible simulations to short-time dynamics. Here, we present a method for
generating circuits that are constant in depth with increasing simulation time
for a subset of one-dimensional materials Hamiltonians, thereby enabling
simulations out to arbitrarily long times. Furthermore, by removing the
effective limit on the number of feasibly simulatable time-steps, the
constant-depth circuits enable Trotter error to be made negligibly small by
allowing simulations to be broken into arbitrarily many time-steps. Composed of
two-qubit matchgates on nearest-neighbor qubits, these constant-depth circuits
are constructed based on a set of multi-matchgate identity relationships. For
an $N$-spin system, the constant-depth circuit contains only $\mathcal{O}(N^2)$
CNOT gates. When compared to standard Hamiltonian simulation algorithms, our
method generates circuits with order-of-magnitude fewer gates, which allows us
to successfully simulate the long-time dynamics of systems with up to 5 spins
on available quantum hardware. This paves the way for simulations of long-time
dynamics for scientifically and technologically relevant quantum materials,
enabling the observation of interesting and important atomic-level physics.
- Abstract（参考訳）: 物質の動的シミュレーションは、短期量子コンピュータにとって有望な応用である。
しかし、ハミルトンシミュレーションの現在のアルゴリズムは、シミュレーション時間の増加とともに深さが大きくなる回路を生成し、実現可能なシミュレーションを短時間のダイナミクスに制限する。
本稿では,一次元材料ハミルトニアンのサブセットのシミュレーション時間を増大させるとともに,一定の深さの回路を生成する手法を提案する。
さらに、実現可能な時間ステップ数の有効制限を取り除き、シミュレーションを任意に多くの時間ステップに分割することにより、一定の深さの回路でトロッター誤差を無視できる。
近傍の量子ビット上の2ビットのマッチゲートで構成され、これらの定数深度回路はマルチマッチゲートの同一性関係に基づいて構成される。
N$スピン系の場合、定数深度回路は$\mathcal{O}(N^2)$ CNOTゲートのみを含む。
標準ハミルトニアンシミュレーションアルゴリズムと比較すると,本手法は,最大5スピンの量子ハードウェア上でのシステムの長時間ダイナミクスをシミュレートすることのできる,数桁以下のゲートを持つ回路を生成する。
これは、科学的および技術的に関連のある量子物質の長期ダイナミクスのシミュレーションへの道を開き、興味深く重要な原子レベルの物理学の観察を可能にする。
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