論文の概要: Efficient Mean-Field Simulation of Quantum Circuits Inspired by Density
Functional Theory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.16465v3
- Date: Thu, 19 Oct 2023 22:12:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-24 14:17:53.902612
- Title: Efficient Mean-Field Simulation of Quantum Circuits Inspired by Density
Functional Theory
- Title（参考訳）: 密度汎関数理論に基づく量子回路の効率的な平均場シミュレーション
- Authors: Marco Bernardi
- Abstract要約: 量子回路(QC)の正確なシミュレーションは、現在$sim$50 qubitsに制限されている。
ここでは密度汎関数理論(DFT)にインスパイアされたQCのシミュレーションを示す。
我々の計算では、共通ゲートセットを持つ複数のQCのクラスにおいて、90%以上の精度で限界単一量子ビット確率を予測できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3561290928375374
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Exact simulations of quantum circuits (QCs) are currently limited to $\sim$50
qubits because the memory and computational cost required to store the QC wave
function scale exponentially with qubit number. Therefore, developing efficient
schemes for approximate QC simulations is a current research focus. Here we
show simulations of QCs with a method inspired by density functional theory
(DFT), a widely used approach to study many-electron systems. Our calculations
can predict marginal single-qubit probabilities (SQPs) with over 90% accuracy
in several classes of QCs with universal gate sets, using memory and
computational resources linear in qubit number despite the formal exponential
cost of the SQPs. This is achieved by developing a mean-field description of
QCs and formulating optimal single- and two-qubit gate functionals $-$ analogs
of exchange-correlation functionals in DFT $-$ to evolve the SQPs without
computing the QC wave function. Current limitations and future extensions of
this formalism are discussed.
- Abstract（参考訳）: 量子回路(QC)の厳密なシミュレーションは、QC波動関数を指数関数的に量子ビット数で格納するために必要なメモリと計算コストが、現在$\sim$50キュービットに制限されている。
したがって、近似QCシミュレーションのための効率的なスキームの開発が現在研究の焦点となっている。
本稿では、多電子系の研究に広く用いられている密度汎関数理論(DFT)にヒントを得たQCのシミュレーションを示す。
我々の計算では,SQPの形式的な指数コストにもかかわらず,量子ビット数で線形なメモリと計算資源を用いて,共通ゲートセットを持つ複数のQCのクラスにおいて,限界単一量子ビット確率(SQP)を90%以上精度で予測することができる。
これはQCの平均場記述を開発し、QC波動関数を計算せずにSQPを進化させるために DFT $-$ の交換相関関数のアナログを定式化することで達成される。
この形式主義の現在の限界と将来の拡張について論じる。
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