論文の概要: A systematic variational approach to band theory in a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2104.03409v2
- Date: Sun, 19 Dec 2021 21:40:56 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-05 02:10:56.347472
- Title: A systematic variational approach to band theory in a quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおけるバンド理論に対する系統的変分的アプローチ
- Authors: Kyle Sherbert and Frank Cerasoli and Marco Buongiorno Nardelli
(Department of Physics, University of North Texas)
- Abstract要約: 我々は,任意の周期系のバンド構造を解くために,ハイブリッド量子古典アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは,現在の雑音量子コンピュータにおいて,低精度で機能する低雑音デバイスにおいて信頼性が高いことを示す。
- 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: Quantum computers promise to revolutionize our ability to simulate molecules,
and cloud-based hardware is becoming increasingly accessible to a wide body of
researchers. Algorithms such as Quantum Phase Estimation and the Variational
Quantum Eigensolver are being actively developed and demonstrated in small
systems. However, extremely limited qubit count and low fidelity seriously
limit useful applications, especially in the crystalline phase, where compact
orbital bases are difficult to develop. To address this difficulty, we present
a hybrid quantum-classical algorithm to solve the band structure of any
periodic system described by an adequate tight-binding model. We showcase our
algorithm by computing the band structure of a simple-cubic crystal with one
$s$ and three $p$ orbitals per site (a simple model for Polonium) using
simulators with increasingly realistic levels of noise and culminating with
calculations on IBM quantum computers. Our results show that the algorithm is
reliable in a low-noise device, functional with low precision on present-day
noisy quantum computers, and displays a complexity that scales as $\Omega(M^3)$
with the number $M$ of tight-binding orbitals per unit-cell, similarly to its
classical counterparts. Our simulations offer a new insight into the
``quantum'' mindset and demonstrate how the algorithms under active development
today can be optimized in special cases, such as band structure calculations.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは分子をシミュレートする能力に革命をもたらすことを約束しており、クラウドベースのハードウェアは幅広い研究者にアクセスしやすくなってきている。
量子位相推定や変分量子固有解法といったアルゴリズムは、小さなシステムで積極的に開発され、実証されている。
しかし、極端に限定された量子ビット数と低忠実度は、特にコンパクトな軌道基底が発達しにくい結晶相において有用な応用を真剣に制限している。
この問題に対処するため、適切なタイトバインディングモデルにより記述された任意の周期系のバンド構造を解くためのハイブリッド量子古典アルゴリズムを提案する。
我々は,より現実的なノイズレベルを持つシミュレータを用い,IBM量子コンピュータ上での計算により,1サイト当たり1ドルと3ドル(ポロニウムの単純なモデル)の簡単なキュビック結晶のバンド構造を計算し,アルゴリズムを実証する。
提案手法は,現在の雑音量子コンピュータにおいて低精度で機能する低雑音デバイスにおいて信頼性が高く,古典的手法と同様,単位セル当たりの強結合軌道数$M$で$\Omega(M^3)$のスケールの複雑さを示す。
我々のシミュレーションは `quantum'' の考え方に対する新たな洞察を与え、バンド構造計算のような特別な場合において、現在アクティブに開発されているアルゴリズムがいかに最適化できるかを実証する。
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