論文の概要: Algorithmic Shadow Spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.11036v1
- Date: Wed, 21 Dec 2022 14:23:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 04:22:03.129231
- Title: Algorithmic Shadow Spectroscopy
- Title（参考訳）: アルゴリズムによるシャドースペクトロスコピー
- Authors: Hans Hon Sang Chan, Richard Meister, Matthew L. Goh, B\'alint Koczor
- Abstract要約: 我々は,新しいシミュレータ非依存量子アルゴリズムであるシャドウ分光法を提案する。
非常に少ない回路繰り返し(ショット)と余分な資源を使ってエネルギーギャップを抽出する。
このアプローチは、量子系のすべての観測可能な性質が同じ調和成分に従って進化しなければならないという基本的な特徴に基づいている。
- 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: Finding energy differences between eigenstates of a quantum system, which
contains key information about its properties, is a central task in many-body
physics. Quantum computers promise to perform this task more efficiently than
classical hardware; however, extraction of this information remains
challenging. Non-trivial protocols for this task require either a substantial
increase in circuit complexity (phase estimation) or a large number of circuit
repetitions (variational quantum eigensolvers). Here we present shadow
spectroscopy, a novel simulator-agnostic quantum algorithm which extracts
energy gaps using an extremely low number of circuit repetitions (shots) and no
extra resources (ancilla qubits) beyond performing time evolution and
measurements. The approach builds on the fundamental feature that every
observable property of a quantum system must evolve according to the same
harmonic components, whose frequencies can be extracted from classical shadows
of time-evolved quantum states. Classical post processing of the large set of
resulting time-periodic signals directly reveals Hamiltonian energy differences
with Heisenberg-limited precision. While the classical computational complexity
is linear, the number of circuit repetitions (quantum resources) required is
only logarithmic in the number of analysed observables. Moreover, applying
shadow spectroscopy numerically to probe model systems and CH$_2$ excited
states verifies that the approach is intuitively easy to use in practice, very
robust against gate noise, amiable to a new type of algorithmic-error
mitigation technique, and uses orders of magnitude fewer number of shots than
typical near-term quantum algorithms -- as low as 10 shots per timestep is
sufficient.
- Abstract（参考訳）: 物性に関する重要な情報を含む量子系の固有状態間のエネルギー差を見つけることは、多体物理学における中心的な課題である。
量子コンピュータは、従来のハードウェアよりも効率的にこのタスクを実行することを約束するが、この情報の抽出は依然として困難である。
このタスクのための非自明なプロトコルは、回路複雑性(位相推定)の大幅な増加か、多数の回路反復(可変量子固有解法)を必要とする。
本稿では,非常に少ない回路繰り返し(ショット)と余分な資源(アンシラキュービット)でエネルギーギャップを抽出し,時間発展と測定を超越した新しいシミュレータ非依存量子アルゴリズムであるshadow spectroscopyを提案する。
このアプローチは、量子系のすべての可観測性は、時間進化した量子状態の古典的な影から周波数を抽出できる同じ調和成分に従って進化しなければならないという基本的な特徴に基づいている。
結果として生じる時間周期信号の大きな集合の古典的なポストプロセッシングは、ハイゼンベルク制限精度とハミルトンエネルギーの直接差を明らかにする。
古典計算の複雑さは線形であるが、必要な回路反復数(量子資源)は解析された観測可能数の対数のみである。
さらに、シャドウ分光法をプローブモデルシステムに適用し、CH$2$の励起状態を適用することで、アプローチが実際は直感的に使いやすく、ゲートノイズに対して非常に堅牢であり、新しいタイプのアルゴリズムエラー緩和技術に好適であることを確認し、時間ステップ当たり10ショットという通常の量子アルゴリズムよりも桁違いに少ないショット数を使用する。
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論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-09T18:00:05Z)
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