論文の概要: Simulation of open quantum system dynamics based on the generalized
quantum master equation on quantum computing devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.04956v1
- Date: Sun, 11 Sep 2022 22:53:16 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-27 00:37:39.318406
- Title: Simulation of open quantum system dynamics based on the generalized
quantum master equation on quantum computing devices
- Title（参考訳）: 量子コンピューティングデバイス上の一般化量子マスター方程式に基づくオープン量子系力学のシミュレーション
- Authors: Yuchen Wang (1), Ellen Mulvihill (2), Zixuan Hu (1), Ningyi Lyu (2),
Saurabh Shivpuje (1), Yudan Liu (3), Micheline B. Soley (2 and 4), Eitan Geva
(3), Victor S. Batista (2), and Sabre Kais (1) ((1) Purdue University, (2)
Yale University, (3) University of Michigan, Ann Arbor, (4) University of
Wisconsin-Madison)
- Abstract要約: 一般化量子マスター方程式(GQME)は、オープン量子系の力学をシミュレートするための普遍的な枠組みを提供する。
我々は,オープン量子系力学をシミュレーションする汎用GQMEベースの量子アルゴリズムを開発した。
GQMEベースの量子アルゴリズムは、IBM QASM量子シミュレータとIBM量子コンピュータの実装を含むスピンボソンベンチマークモデルで実証される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The simulation of open quantum system dynamics, namely the reduced dynamics
of a quantum system coupled to a quantum bath, is the cornerstone of quantum
rate theory, optical response theory and decoherence science, which are central
concepts in modern physics and chemistry. The generalized quantum master
equation (GQME) formalism provides a universal framework for simulating the
dynamics of open quantum systems. Using this framework allows one to derive a
formally exact equation of motion, i.e., the GQME, for the reduced density
matrix that describes the state of a system coupled to a bath, without
employing commonly made restrictive assumptions such as weak system-bath
coupling and Markovity. Within this GQME, the effect of the bath on the time
evolution of the system's reduced density matrix is fully captured by a memory
kernel superoperator. In this work we develop a general-purpose GQME-based
quantum algorithm for simulating open quantum system dynamics. Starting out
from the memory kernel as the input, we solve the GQME for the system's
non-unitary time evolution superoperator. We then use dilation techniques to
convert the non-unitary time evolution superoperator into a unitary time
evolution superoperator in an extended Hilbert space, which can be implemented
on quantum circuits. The GQME-based quantum algorithm is demonstrated with the
spin-boson benchmark model, including implementations on the IBM QASM quantum
simulator and IBM quantum computers.
- Abstract（参考訳）: オープン量子系の力学、すなわち量子バスに結合された量子系の還元力学のシミュレーションは、現代物理学や化学において中心的な概念である量子レート理論、光応答理論、デコヒーレンス科学の基盤となっている。
一般化量子マスター方程式(GQME)は、オープン量子系の力学をシミュレートするための普遍的な枠組みを提供する。
この枠組みを用いることで、バスに結合された系の状態を記述する還元密度行列、すなわちGQMEを、弱い系-バス結合やマルコビティのような制限的な仮定を使わずに、正式に正確な運動方程式を導出することができる。
このGQME内では、システムの密度行列の時間的変化に対する浴槽の影響は、メモリカーネルスーパーオペレーターによって完全に捕捉される。
本研究では,オープン量子系力学をシミュレーションする汎用GQMEベースの量子アルゴリズムを開発した。
メモリカーネルから入力として始まり、システムの非単位時間進化スーパーオペレーターのためのGQMEを解く。
次に、拡張ヒルベルト空間における非単位時間進化スーパー演算子を、量子回路上で実装可能なユニタリ時間進化スーパー演算子に変換するための拡張手法を用いる。
GQMEベースの量子アルゴリズムは、IBM QASM量子シミュレータとIBM量子コンピュータの実装を含むスピンボソンベンチマークモデルで実証される。
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