論文の概要: Demonstrating robust simulation of driven-dissipative problems on
near-term quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.01183v1
- Date: Mon, 2 Aug 2021 21:36:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-20 02:53:23.055804
- Title: Demonstrating robust simulation of driven-dissipative problems on
near-term quantum computers
- Title（参考訳）: 短期量子コンピュータにおける駆動散逸問題のロバストシミュレーション
- Authors: Brian Rost, Lorenzo Del Re, Nathan Earnest, Alexander F. Kemper,
Barbara Jones, and James K. Freericks
- Abstract要約: 量子コンピュータは物理学と化学における量子力学系のシミュレーションに革命をもたらす。
現在の量子コンピュータは、訂正されていないノイズ、ゲートエラー、デコヒーレンスのためにアルゴリズムを不完全に実行している。
ここでは、量子力学における最も難しい問題の1つとして、駆動散逸多体問題の解法が本質的にエラーに対して堅牢であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 53.20999552522241
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum computers are poised to revolutionize the simulation of
quantum-mechanical systems in physics and chemistry. Current quantum computers
execute their algorithms imperfectly, due to uncorrected noise, gate errors,
and decoherence. This severely limits the size and scope of protocols which can
be run on near-term quantum hardware. Much research has been focused on
building more robust hardware to address this issue, however the advantages of
more robust algorithms remains largely unexplored. Here we show that algorithms
for solving the driven-dissipative many-body problem, among the hardest
problems in quantum mechanics, are inherently robust against errors. We find it
is possible to solve dissipative problems requiring deep circuits on current
quantum devices due to the contractive nature of their time evolution maps. We
simulate one thousand steps of time evolution for the non-interacting limit of
the infinite driven-dissipative Hubbard model, calculate the current through
the system and prepare a thermal state of the atomic limit of the Hubbard
model. These problems were solved using circuits containing up to two thousand
entangling gates on quantum computers made available by IBM, showing no signs
of decreasing fidelity at long times. Our results demonstrate that algorithms
for simulating dissipative problems are able to far out-perform similarly
complex non-dissipative algorithms on noisy hardware. Our two algorithmic
primitives are the basic building blocks of many condensed-matter-physics
systems, and we anticipate their demonstrated robustness to hold when
generalized to solve the full many-body driven-dissipative quantum problem.
Building upon the algorithms presented here may prove to be the most promising
approach to tackle important, classically intractable problems on quantum
computers before error correction is available.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは物理学と化学における量子力学系のシミュレーションに革命をもたらす。
現在の量子コンピュータは、ノイズ、ゲートエラー、デコヒーレンスが修正されていないため、アルゴリズムを不完全に実行する。
これは、短期的な量子ハードウェア上で実行できるプロトコルのサイズと範囲を厳しく制限する。
この問題に対処するために、多くの研究がより堅牢なハードウェアの構築に焦点を当ててきたが、より堅牢なアルゴリズムの利点はほとんど未調査のままである。
ここでは、量子力学における最も難しい問題のうち、駆動散逸多体問題の解法が本質的にエラーに対して堅牢であることを示す。
時間発展マップの収縮的性質から、現在の量子デバイス上での深い回路を必要とする散逸的な問題を解決することが可能である。
無限駆動散逸ハバードモデルの非相互作用限界に対する1000段階の時間進化をシミュレートし、システムを通して電流を計算し、ハバードモデルの原子限界の熱状態を作成する。
これらの問題は、IBMが利用可能な量子コンピュータ上で最大2万個のエンタングゲートを含む回路を用いて解決され、長い間忠実度が低下する兆しは見られなかった。
以上の結果から, 散逸問題シミュレーションアルゴリズムは, ノイズの多いハードウェア上で, 同様に複雑な非散逸性アルゴリズムをはるかに上回ることができることが示された。
我々のアルゴリズムプリミティブは、多くの凝縮物質物理系の基本的な構成ブロックであり、多くの多体駆動散逸性量子問題を解くために一般化されたときに、それらが持つ強靭性を期待する。
ここで示されるアルゴリズムに基づいて構築することは、誤り訂正が利用可能になる前に量子コンピュータで重要で古典的な難解な問題に取り組むための最も有望なアプローチであることが証明される。
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