論文の概要: Digital quantum simulation of non-perturbative dynamics of open systems
with orthogonal polynomials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.14653v5
- Date: Mon, 29 Jan 2024 11:49:21 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-30 11:38:55.076418
- Title: Digital quantum simulation of non-perturbative dynamics of open systems
with orthogonal polynomials
- Title（参考訳）: 直交多項式を持つ開系の非摂動力学のディジタル量子シミュレーション
- Authors: Jos\'e D. Guimar\~aes, Mikhail I. Vasilevskiy and Lu\'is S. Barbosa
- Abstract要約: 本稿では,時間進化密度演算子と直交多項式アルゴリズム(TEDOPA)を量子コンピュータ上で用いることを提案する。
本研究では,本研究で検討したシステムの時間進化シミュレーションにおいて,計算資源の指数的スケーリングを回避できることが示唆された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- 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 the use of the Time Evolving Density
operator with Orthogonal Polynomials Algorithm (TEDOPA) on a quantum computer,
which we term as Quantum TEDOPA (Q-TEDOPA), to simulate non-perturbative
dynamics of open quantum systems linearly coupled to a bosonic environment
(continuous phonon bath). By performing a change of basis of the Hamiltonian,
the TEDOPA yields a chain of harmonic oscillators with only local
nearest-neighbour interactions, making this algorithm suitable for
implementation on quantum devices with limited qubit connectivity such as
superconducting quantum processors. We analyse in detail the implementation of
the TEDOPA on a quantum device and show that exponential scalings of
computational resources can potentially be avoided for time-evolution
simulations of the systems considered in this work. We applied the proposed
method 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 an 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、時間進化密度演算子と直交多項式アルゴリズム(TEDOPA)を量子コンピュータ上で用いることを提案し、これを量子TEDOPA(Q-TEDOPA)と呼び、ボソニック環境(連続フォノン浴)に線形に結合したオープン量子系の非摂動力学をシミュレートする。
ハミルトニアンの基底を変更することにより、TEDOPAは局所的近傍相互作用のみを持つ高調波発振器の連鎖を発生させ、超伝導量子プロセッサのような量子ビット接続に制限された量子デバイスの実装に適合する。
量子デバイス上でのtedopaの実装を詳細に分析し,本研究で検討したシステムの時間発展シミュレーションにおいて,計算資源の指数関数的スケーリングを回避できることを示す。
提案手法を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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