論文の概要: Exploring Finite Temperature Properties of Materials with Quantum
Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.01619v4
- Date: Thu, 25 Aug 2022 17:24:52 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-16 06:18:39.752617
- Title: Exploring Finite Temperature Properties of Materials with Quantum
Computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータによる材料の有限温度特性の探索
- Authors: Connor Powers, Lindsay Bassman Oftelie, Daan Camps, Wibe A. de Jong
- Abstract要約: 正準熱純量子(TPQ)状態は、量子物質の熱的性質を推定するための有望な経路を提供する。
本稿では,量子コンピュータ上での標準TPQ状態の生成アルゴリズムを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Thermal properties of nanomaterials are crucial to not only improving our
fundamental understanding of condensed matter systems, but also to developing
novel materials for applications spanning research and industry. Since quantum
effects arise at the nano-scale, these systems are difficult to simulate on
classical computers. Quantum computers can efficiently simulate quantum
many-body systems, yet current quantum algorithms for calculating thermal
properties of these systems incur significant computational costs in that they
either prepare the full thermal state on the quantum computer, or they must
sample a number of pure states from a distribution that grows with system size.
Canonical thermal pure quantum (TPQ) states provide a promising path to
estimating thermal properties of quantum materials as they neither require
preparation of the full thermal state nor require a growing number of samples
with system size. Here, we present an algorithm for preparing canonical TPQ
states on quantum computers. We compare three different circuit implementations
for the algorithm and demonstrate their capabilities in estimating thermal
properties of quantum materials. Due to its increasing accuracy with system
size and flexibility in implementation, we anticipate that this method will
enable finite temperature explorations of relevant quantum materials on
near-term quantum computers.
- Abstract（参考訳）: ナノ材料の熱的性質は, 凝縮物質系の基礎的理解を向上させるだけでなく, 研究と産業にまたがる新しい材料の開発にも重要である。
量子効果はナノスケールで起こるため、これらのシステムは古典的なコンピュータではシミュレーションが難しい。
量子コンピュータは、量子多体系を効率的にシミュレートすることができるが、量子系の熱特性を計算するための現在の量子アルゴリズムは、量子コンピュータ上で完全な熱状態を作成するか、システムサイズで成長する分布からいくつかの純粋な状態をサンプリングしなければならないという重要な計算コストをもたらす。
正準熱純量子(TPQ)状態は、完全な熱状態の準備や、システムサイズの増加するサンプルを必要としないため、量子物質の熱的性質を推定するための有望な経路を提供する。
本稿では,量子コンピュータ上での標準TPQ状態の生成アルゴリズムを提案する。
アルゴリズムの3つの異なる回路実装を比較し,量子材料の熱特性を推定する能力を示す。
システムサイズと実装の柔軟性によって精度が向上するため、近距離量子コンピュータ上で関連する量子材料の有限温度探索が可能になると予測している。
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