論文の概要: Quantum Simulation of Open Quantum Systems Using Density-Matrix Purification

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.07112v2
• Date: Fri, 15 Jul 2022 20:44:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-05 01:22:01.449964
• Title: Quantum Simulation of Open Quantum Systems Using Density-Matrix Purification
• Title（参考訳）: 密度行列精製によるオープン量子システムの量子シミュレーション
• Authors: Anthony W. Schlimgen, Kade Head-Marsden, LeeAnn M. Sager-Smith, Prineha Narang and David A. Mazziotti
• Abstract要約: OQSの一般的なフレームワークとして、システムの$d倍d$密度行列を$d2$波動関数として再キャストする。 本手法は,0温度振幅減衰チャネルと2サイト量子イジングモデルにおいて,2レベルシステム上で実演する。
• 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: Electronic structure and transport in realistically-sized systems often require an open quantum system (OQS) treatment, where the system is defined in the context of an environment. As OQS evolution is non-unitary, implementation on quantum computers -- limited to unitary operations -- is challenging. We present a general framework for OQSs where the system's $d \times d$ density matrix is recast as a $d^{2}$ wavefunction which can be evolved by unitary transformations. This theory has two significant advantages over conventional approaches: (i) the wavefunction requires only an $n$-qubit, compared to $2n$-qubit, bath for an $n$-qubit system and (ii) the purification includes dynamics of any pure-state universe. We demonstrate this method on a two-level system in a zero temperature amplitude damping channel and a two-site quantum Ising model. Quantum simulation and experimental-device results agree with classical calculations, showing promise in simulating non-unitary operations on NISQ quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 現実的なサイズのシステムにおける電子構造と輸送は、しばしばオープン量子システム(OQS)処理を必要とし、そこでシステムは環境の文脈で定義される。 OQSの進化は非ユニタリであるため、量子コンピュータの実装は、ユニタリな操作に限定されている。 システムの$d \times d$密度行列を$d^{2}$波動関数として再キャストし、ユニタリ変換によって進化させることができるOQSの一般的なフレームワークを提案する。 この理論は従来のアプローチよりも2つの大きな利点がある。 (i)波動関数は、$n$-qubitに対して$n$-qubitしか必要とせず、$n$-qubitシステムの場合は$n$-qubitである。 (ii)純状態宇宙の力学を含む。 本手法は,ゼロ温度振幅減衰チャネルと2点量子イジングモデルを用いた2レベルシステム上で実証する。 量子シミュレーションと実験装置の結果は古典計算と一致し、nisq量子デバイス上の非ユニタリ操作をシミュレートする可能性を示した。

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