論文の概要: Efficient Quantum Simulation of Electron-Phonon Systems by Variational
Basis State Encoder
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.01442v2
- Date: Wed, 3 May 2023 08:02:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-04 18:13:41.431242
- Title: Efficient Quantum Simulation of Electron-Phonon Systems by Variational
Basis State Encoder
- Title(参考訳): 変分基底状態エンコーダによる電子フォノン系の効率的な量子シミュレーション
- Authors: Weitang Li, Jiajun Ren, Sainan Huai, Tianqi Cai, Zhigang Shuai,
Shengyu Zhang
- Abstract要約: 電子フォノン系のデジタル量子シミュレーションでは、無限のフォノン準位をN$基底状態に切り詰める必要がある。
量子ビット数と量子ゲート数のスケーリングを削減できる変分基底状態符号化アルゴリズムを提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 12.497706003633391
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Digital quantum simulation of electron-phonon systems requires truncating
infinite phonon levels into $N$ basis states and then encoding them with qubit
computational basis. Unary encoding and the more compact binary/Gray encoding
are the two most representative encoding schemes, which demand $\mathcal{O}(N)$
and $\mathcal{O}(\log{N})$ qubits as well as $\mathcal{O}(N)$ and
$\mathcal{O}(N\log{N})$ quantum gates respectively. In this work, we propose a
variational basis state encoding algorithm that reduces the scaling of the
number of qubits and quantum gates to both $\mathcal{O}(1)$ for systems obeying
the area law of entanglement entropy. The cost for the scaling reduction is a
constant amount of additional measurement. The accuracy and efficiency of the
approach are verified by both numerical simulation and realistic quantum
hardware experiments. In particular, we find using one or two qubits for each
phonon mode is sufficient to produce quantitatively correct results across weak
and strong coupling regimes. Our approach paves the way for practical quantum
simulation of electron-phonon systems on both near-term hardware and
error-corrected quantum computers.
- Abstract(参考訳): 電子フォノン系のデジタル量子シミュレーションでは、無限フォノン準位をn$基底状態に切り換え、量子ビット計算基底でエンコードする必要がある。
ユニタリ符号化とよりコンパクトなバイナリ/Gray符号化は、それぞれ$\mathcal{O}(N)$と$\mathcal{O}(\log{N})$ qubitsと$\mathcal{O}(N)$と$\mathcal{O}(N\log{N})$量子ゲートを要求する2つの最も代表的な符号化スキームである。
本研究では,エンタングルメントエントロピーの領域法則に従うシステムに対して,量子ビット数と量子ゲート数のスケーリングを$\mathcal{O}(1)$に削減する変動基底状態符号化アルゴリズムを提案する。
スケーリング削減のコストは、付加的な測定の一定量である。
このアプローチの精度と効率は、数値シミュレーションと現実的な量子ハードウェア実験の両方によって検証される。
特に、各フォノンモードに1つまたは2つの量子ビットを用いると、弱い結合状態と強い結合状態にまたがって定量的に正しい結果が得られる。
提案手法は,短期ハードウェアおよび誤り訂正量子コンピュータ上での電子フォノンシステムの実用的な量子シミュレーション手法である。
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