論文の概要: Efficient method to simulate non-perturbative dynamics of an open
quantum system using a quantum computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.14653v2
- Date: Wed, 9 Nov 2022 17:32:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-20 11:57:40.590474
- Title: Efficient method to simulate non-perturbative dynamics of an open
quantum system using a quantum computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータを用いたオープン量子システムの非摂動力学の効率的なシミュレーション法
- Authors: Jos\'e D. Guimar\~aes, Mikhail I. Vasilevskiy and Lu\'is S. Barbosa
- Abstract要約: 直交多項式アルゴリズム(Q-TEDOPA)を用いた量子時間進化密度演算子という量子計算法を提案する。
この方法は、量子コンピュータ上のボゾン環境(連続フォノン浴)に線形に結合された開量子系の非摂動力学のシミュレーションにおける指数的スケーリングを回避する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6095388702618414
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Classical non-perturbative simulations of open quantum systems' dynamics face
several scalability problems, namely, exponential scaling of the computational
effort as a function of either the time length of the simulation or the size of
the open system. In this work, we propose a quantum computational method which
we term as Quantum Time Evolving Density operator with Orthogonal Polynomials
Algorithm (Q-TEDOPA), based on the known TEDOPA technique, avoiding exponential
scalings in simulations of non-perturbative dynamics of open quantum systems
linearly coupled to a bosonic environment (continuous phonon bath) on a quantum
computer. By performing a change of basis of the Hamiltonian, we obtain a chain
of harmonic oscillators with only local nearest-neighbour interactions, making
this algorithm suitable for implementation in the current Noisy-Intermediate
Scale Quantum (NISQ) devices with restricted qubit connectivity. We applied the
Q-TEDOPA to the simulation of the exciton transport between two
light-harvesting molecules in the regime of moderate coupling strength to a
non-Markovian harmonic oscillator environment on a IBMQ device. Applications of
the Q-TEDOPA span problems which can not be solved by perturbation techniques
belonging to different areas, such as the dynamics of quantum biological
systems and strongly correlated condensed matter systems.
- Abstract（参考訳）: 量子力学の古典的非摂動論的シミュレーションは、いくつかのスケーラビリティの問題、すなわち、シミュレーションの時間の長さまたは開システムの大きさの関数としての計算労力の指数関数的スケーリングに直面している。
本研究では,量子コンピュータ上のボソニック環境(連続フォノン浴)と線形に結合した開量子システムの非摂動力学シミュレーションにおける指数スケーリングを回避するため,既知のtedopa法に基づいて,直交多項式アルゴリズム(q-tedopa)を用いた量子時発展密度作用素(quantum time evolution density operator)と呼ぶ量子計算手法を提案する。
ハミルトニアン基底の変換を行うことにより、局所的近傍相互作用のみを持つ高調波発振器の連鎖を得ることができ、このアルゴリズムは現在のノイズ・中間スケール量子(NISQ)デバイスで実装するのに適している。
我々はQ-TEDOPAをIBMQデバイス上の非マルコフ高調波発振器環境への中等結合強度条件下での2つの光ハーベスティング分子間の励起子輸送のシミュレーションに応用した。
Q-TEDOPAの応用は、量子生物学系の力学や強い相関した凝縮物質系の力学など、異なる領域に属する摂動技術では解決できない問題にまたがる。
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