論文の概要: Quantum algorithms for quantum dynamics: A performance study on the
spin-boson model
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.04258v2
- Date: Wed, 5 Jan 2022 17:45:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-18 23:29:52.999670
- Title: Quantum algorithms for quantum dynamics: A performance study on the
spin-boson model
- Title(参考訳): 量子力学のための量子アルゴリズム:スピン-ボソンモデルの性能研究
- Authors: Alexander Miessen, Pauline J. Ollitrault, Ivano Tavernelli
- Abstract要約: 量子力学シミュレーションのための量子アルゴリズムは、伝統的に時間進化作用素のトロッター近似の実装に基づいている。
変分量子アルゴリズムは欠かせない代替手段となり、現在のハードウェア上での小規模なシミュレーションを可能にしている。
量子ゲートコストが明らかに削減されているにもかかわらず、現在の実装における変分法は量子的優位性をもたらすことはありそうにない。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 68.8204255655161
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum algorithms for quantum dynamics simulations are traditionally based
on implementing a Trotter-approximation of the time-evolution operator. This
approach typically relies on deep circuits and is therefore hampered by the
substantial limitations of available noisy and near-term quantum hardware. On
the other hand, variational quantum algorithms have become an indispensable
alternative, enabling small-scale simulations on present-day hardware. However,
despite the recent development of variational quantum algorithms for quantum
dynamics, a detailed assessment of their efficiency and scalability is yet to
be presented. To fill this gap, we applied a variational quantum algorithm
based on McLachlan's principle to simulate the dynamics of a spin-boson model
subject to varying levels of realistic hardware noise as well as in different
physical regimes, and discuss the algorithm's accuracy and scaling behavior as
a function of system size. We observe a good performance of the variational
approach used in combination with a general, physically motivated wavefunction
ansatz, and compare it to the conventional first-order Trotter-evolution.
Finally, based on this, we make scaling predictions for the simulation of a
classically intractable system. We show that, despite providing a clear
reduction of quantum gate cost, the variational method in its current
implementation is unlikely to lead to a quantum advantage for the solution of
time-dependent problems.
- Abstract(参考訳): 量子力学シミュレーションのための量子アルゴリズムは、伝統的に時間進化作用素のトロッター近似の実装に基づいている。
このアプローチは一般的にディープ回路に依存しており、利用可能なノイズと短期量子ハードウェアのかなりの制限によって妨げられている。
一方で、変分量子アルゴリズムは必須の代替手段となり、現在のハードウェア上での小規模シミュレーションを可能にしている。
しかし、量子力学のための変分量子アルゴリズムの最近の開発にもかかわらず、その効率と拡張性に関する詳細な評価はまだ発表されていない。
このギャップを埋めるために、McLachlanの原理に基づく変分量子アルゴリズムを適用し、現実的なハードウェアノイズの異なるレベルと異なる物理状態のスピンボソンモデルの力学をシミュレートし、システムサイズの関数としてのアルゴリズムの精度とスケーリング挙動について議論した。
一般の物理的動機づけのある波動関数 ansatz と組み合わせて用いられる変分アプローチの優れた性能を観察し,従来の一階トロッター展開と比較した。
最後に,この結果をもとに,古典的に難解なシステムのシミュレーションのためのスケーリング予測を行う。
量子ゲートコストが明らかに削減されているにもかかわらず、現在の実装における変分法は時間依存問題の解に量子的優位性をもたらすことはありそうにない。
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