論文の概要: Simulated quantum annealing as a simulator of non-equilibrium quantum dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.00928v2
• Date: Wed, 11 Aug 2021 05:53:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-28 01:30:49.663412
• Title: Simulated quantum annealing as a simulator of non-equilibrium quantum dynamics
• Title（参考訳）: 非平衡量子力学シミュレータとしてのシミュレーション量子アニーリング
• Authors: Yuki Bando and Hidetoshi Nishimori
• Abstract要約: 欠陥分布の一般化されたキブル・ズールク機構を用いて問題を数値的に研究する。 システムが開いている場合(環境に結合している)、平均的な欠陥数は理論的な予測に従わない。 開系における欠陥の分布は理論的な予測からそれほど遠くないことがわかった。
• 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: Simulated quantum annealing based on the path-integral Monte Carlo is one of the most common tools to simulate quantum annealing on classical hardware. Nevertheless, it is in principle highly non-trivial whether or not this classical algorithm can correctly reproduce the quantum dynamics of quantum annealing, particularly in the diabatic regime. We study this problem numerically through the generalized Kibble-Zurek mechanism of defect distribution in the simplest ferromagnetic one-dimensional transverse-field Ising model with and without coupling to the environment. We find that,in the absence of coupling to the environment, simulated quantum annealing correctly describes the annealing-time dependence of the average number of defects, but a detailed analysis of the defect distribution shows clear deviations from the theoretical prediction. When the system is open (coupled to the environment), the average number of defects does not follow the theoretical prediction but is qualitatively compatible with the numerical result by the infinite time-evolving block decimation combined with the quasi-adiabatic propagator path integral, which is valid in a very short time region. The distribution of defects in the open system turns out to be not far from the theoretical prediction. It is surprising that the classical stochastic dynamics of simulated quantum annealing ostensibly reproduce some aspects of the quantum dynamics. However, a serious problem is that it is hard to predict for which physical quantities in which system it is reliable. Those results suggest the necessity to exert a good amount of caution in using simulated quantum annealing to study the detailed quantitative aspects of the dynamics of quantum annealing.
• Abstract（参考訳）: 経路積分モンテカルロに基づく量子アニーリングは、古典的ハードウェア上での量子アニーリングをシミュレートする最も一般的なツールの1つである。 しかしながら、この古典的なアルゴリズムが量子アニーリングの量子力学を正しく再現できるかどうか、特にダイアバティックな状態において、原理的には非常に非自明である。 最も単純な強磁性一次元横場イジングモデルにおける欠陥分布の一般化されたキブル・ズールク機構を用いて,この問題を数値的に研究する。 環境とのカップリングがない場合、シミュレーションされた量子アニールは、平均欠陥数のアニール時間依存性を正確に記述するが、欠陥分布の詳細な解析は、理論的な予測から明らかなずれを示す。 システムが開放された場合(環境に結合)、平均的な欠陥数は理論的な予測に従わないが、非常に短い時間領域で有効である準断熱的プロパゲータ経路積分と組み合わされた無限の時間進化ブロックデシメーションによる数値結果と質的に互換性がある。 開系における欠陥の分布は理論的な予測からそれほど遠くないことがわかった。 量子アニーリングシミュレーションの古典的確率力学が、量子力学のいくつかの側面を表向きに再現していることは驚くべきことである。 しかし、深刻な問題は、どのシステムでどの物理量が信頼できるかを予測することが難しいことである。 これらの結果は、量子アニーリングのダイナミクスの詳細な定量的側面を研究するために、シミュレーション量子アニーリングを用いた場合の十分な注意が必要であることを示唆している。

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