論文の概要: Universal quantum algorithmic cooling on a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.15304v2
- Date: Fri, 3 Jun 2022 03:01:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-12 22:51:48.156791
- Title: Universal quantum algorithmic cooling on a quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおけるユニバーサル量子アルゴリズム冷却
- Authors: Pei Zeng, Jinzhao Sun, and Xiao Yuan
- Abstract要約: 浅い量子回路を用いた一般的な冷却手順を普遍的かつ決定的に実現する方法を示す。
我々の研究は、短期的および普遍的なフォールトトレラント量子デバイスによる効率的で普遍的な量子アルゴリズム冷却の道を開いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.688204255655161
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum cooling, a deterministic process that drives any state to the lowest
eigenstate, has been widely used from studying ground state properties of
chemistry and condensed matter quantum physics, to general optimization
problems. However, the cooling procedure is generally non-unitary, hence its
realization on a quantum computer either requires deep circuits or assumes
specific input states with variational circuits. Here, we propose universal
quantum cooling algorithms that overcome these limitations. By utilizing a dual
phase representation of decaying functions, we show how to universally and
deterministically realize a general cooling procedure with shallow quantum
circuits. We demonstrate its applications in cooling an arbitrary input state
with known ground state energy, corresponding to satisfactory, linear algebra
tasks, and quantum state compiling tasks, and preparing unknown eigenvalues and
eigenstates, corresponding to quantum many-body problems. Compared to quantum
phase estimation, our method uses only one ancillary qubit and much shallower
circuits, showing exponential improvement of the circuit complexity with
respect to the final state infidelity. We numerically benchmark the algorithms
for the $8$-qubit Heisenberg model and verify its feasibility for accurately
finding eigenenergies and obtaining eigenstate measurements. Our work paves the
way for efficient and universal quantum algorithmic cooling with near-term as
well as universal fault-tolerant quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子冷却(quantum cooling)は、化学や凝縮物量子物理学の基底状態の研究から一般最適化問題まで、あらゆる状態を最小の固有状態へと導く決定論的過程である。
しかし、冷却手順は一般に非ユニタリであり、量子コンピュータ上で実現するためには深い回路を必要とするか、変動回路を持つ特定の入力状態を仮定する。
本稿ではこれらの制限を克服する普遍的な量子冷却アルゴリズムを提案する。
減衰関数の二重位相表現を利用して、浅い量子回路を用いた一般的な冷却手順を普遍的かつ決定的に実現する方法を示す。
本研究では, 任意の入力状態を既知基底状態エネルギーで冷却し, 満足度, 線形代数タスク, 量子状態コンパイルタスクに対応し, 量子多体問題に対応した未知固有値および固有状態の作成に応用する。
量子位相推定と比較すると,本手法は1量子ビットとはるかに浅い回路のみを用い,最終状態の不確かさに対する回路複雑性の指数関数的改善を示す。
8量子ビットハイゼンベルクモデルのアルゴリズムを数値的にベンチマークし、固有エネルギーを正確に見つけて固有値の測定を得るための実現可能性を検証する。
我々の研究は、短期的および普遍的なフォールトトレラント量子デバイスによる効率的で普遍的な量子アルゴリズム冷却の道を開いた。
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