論文の概要: Simulating Hamiltonian dynamics in a programmable photonic quantum
processor using linear combinations of unitary operations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.06723v1
- Date: Sat, 12 Nov 2022 18:49:41 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-19 17:48:35.331779
- Title: Simulating Hamiltonian dynamics in a programmable photonic quantum
processor using linear combinations of unitary operations
- Title（参考訳）: ユニタリ演算の線形結合を用いたプログラマブルフォトニック量子プロセッサにおけるハミルトニアンダイナミクスのシミュレーション
- Authors: Yue Yu, Yulin Chi, Chonghao Zhai, Jieshan Huang, Qihuang Gong and
Jianwei Wang
- Abstract要約: 我々は,マルチプロデューサのトロッター化を改良し,斜め振幅増幅と組み合わせて,高いシミュレーション精度と高い成功確率を同時に達成する。
シリコンの集積フォトニクスプログラマブル量子シミュレータにおいて, 修正多積アルゴリズムを実験的に実装した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.353492002036882
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Simulating the dynamic evolutions of physical and molecular systems in a
quantum computer is of fundamental interest in many applications. Its
implementation requires efficient quantum simulation algorithms. The
Lie-Trotter-Suzuki approximation algorithm, also well known as the
Trotterization, is a basic algorithm in quantum dynamic simulation. A
multi-product algorithm that is a linear combination of multiple
Trotterizations has been proposed to improve the approximation accuracy.
Implementing such multi-product Trotterization in quantum computers however
remains experimentally challenging and its success probability is limited.
Here, we modify the multi-product Trotterization and combine it with the
oblivious amplitude amplification to simultaneously reach a high simulation
precision and high success probability. We experimentally implement the
modified multi-product algorithm in an integrated-photonics programmable
quantum simulator in silicon, which allows the initialization, manipulation and
measurement of four-qubit states and a sequence of linearly combined
controlled-unitary gates, to emulate the dynamics of a coupled electron and
nuclear spins system. Theoretical and experimental results are in good
agreement, and they both show the modified multi-product algorithm can simulate
Hamiltonian dynamics with a higher precision than conventional Trotterizations
and a nearly deterministic success probability. We certificate the
multi-product algorithm in a small-scale quantum simulator based on linear
combinations of operations, and this work promises the practical
implementations of quantum dynamics simulations.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータにおける物理系と分子系の動的進化のシミュレーションは多くの応用に基本的な関心がある。
その実装には効率的な量子シミュレーションアルゴリズムが必要である。
リー-トロッター-スズキ近似アルゴリズム(英: lie-trotter-suzuki approximation algorithm)は、量子力学シミュレーションにおける基本的なアルゴリズムである。
近似精度を向上させるために,複数トロッタライズを線形に組み合わせた多積アルゴリズムが提案されている。
しかし、量子コンピュータでこのような多積ロータライズを実装することは実験的に困難であり、その成功確率は限られている。
そこで本研究では,多積トロッタライゼーションを改良し,難読振幅増幅と組み合わせて高いシミュレーション精度と高い成功確率を同時に達成する。
本研究では,4量子ビット状態の初期化,操作,測定,線形に結合した制御単位ゲートの列化を可能にし,電子スピン系と核スピン系の力学をエミュレートする,シリコンの集積フォトニクスプログラマブル量子シミュレーターにおける修正多積アルゴリズムを実験的に実装した。
理論と実験の結果は一致しており、修正された多積アルゴリズムは従来のロータライズやほぼ決定論的成功確率よりも高い精度でハミルトン力学をシミュレートできることを示した。
本稿では,演算の線形結合に基づく小型量子シミュレータで多積アルゴリズムを証明し,量子力学シミュレーションの実用化を約束する。
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