論文の概要: Simulating open quantum many-body systems using optimised circuits in
digital quantum simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.14295v1
- Date: Sun, 27 Mar 2022 13:00:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-20 17:09:55.270859
- Title: Simulating open quantum many-body systems using optimised circuits in
digital quantum simulation
- Title（参考訳）: ディジタル量子シミュレーションにおける最適化回路を用いたオープン量子多体系シミュレーション
- Authors: Minjae Jo and Myungshik Kim
- Abstract要約: 修正シュル・オーディンガー方程式(MSSE)のトロタライゼーションを伴う開量子系のモデルについて検討する。
MSSEにおけるリードエラーの最小化は、量子回路の最適化を可能にする。
我々はこのアルゴリズムをIBM Quantumデバイス上で実行し、現在のマシンはノイズのために定量的に正確な時間力学を与えるのが困難であることを示した。
- 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: Digital quantum computers are potentially an ideal platform for simulating
open quantum many-body systems beyond the digital classical computers. Many
studies have focused on obtaining the ground state by simulating time dynamics
or variational approaches of closed quantum systems. However, dynamics of open
quantum systems has not been given much attention with a reason being their
non-unitary dynamics not natural to simulate on a set of unitary gate
operations in quantum computing. Here we study prototypical models in open
quantum systems with Trotterisations for the modified stochastic
Schr{\"o}dinger equation (MSSE). Minimising the leading error in MSSE enables
to optimise the quantum circuits, and we run the optimised circuits with the
noiseless \textit{quantum assembly language (QASM) simulator} and the noisy IBM
Quantum devices. The \textit{QASM simulator} enables to study the reachable
system size that is comparable to the limits of classical computers. The
results show that the nonequilibrium critical phenomena in open quantum systems
are successfully obtained with high precision. Furthermore, we run the
algorithm on the IBM Quantum devices, showing that the current machine is
challenging, to give quantitatively accurate time dynamics due to the noise.
Despite errors, the results by IBM devices qualitatively follow the trend of
critical behaviour and include a possibility to demonstrate quantum advantage
when the noise is reduced. We discuss how much noise should be reduced for a
certain fidelity using the noise model, which will be crucial to demonstrate
quantum advantage from future quantum devices.
- Abstract（参考訳）: デジタル量子コンピュータは、デジタル古典的コンピュータを超えてオープン量子多体システムをシミュレートするための理想的なプラットフォームである。
多くの研究は、閉量子系の時間ダイナミクスや変分アプローチをシミュレートして基底状態を得ることに焦点をあてている。
しかし、オープン量子システムのダイナミクスは、量子コンピューティングにおけるユニタリゲート演算の集合をシミュレートするのに自然ではないため、あまり注目されていない。
ここでは、修正確率型Schr{\"o}dinger equation (MSSE) に対するトロタライゼーションを用いた開量子系の原型モデルについて検討する。
msseのリードエラーを最小化することで量子回路の最適化が可能になり、ノイズのない \textit{quantum assembly language (qasm) シミュレータとノイズの多いibm量子デバイスで最適化回路を実行します。
textit{qasm simulator}は、従来のコンピュータの限界に匹敵する到達可能なシステムサイズを研究できる。
その結果,開量子系における非平衡臨界現象は高精度に得られることがわかった。
さらに、このアルゴリズムをIBM Quantumデバイス上で実行し、現在のマシンが難題であることを示し、ノイズのために定量的に正確な時間ダイナミクスを与える。
エラーにもかかわらず、IBMデバイスによる結果は定性的に臨界行動の傾向に従い、ノイズが低減されたときに量子的優位性を示す可能性がある。
我々は、将来の量子デバイスによる量子的優位性を示す上で重要なノイズモデルを用いて、特定の忠実度に対して、どの程度のノイズを低減すべきかについて議論する。
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