論文の概要: Large-scale simulations of Floquet physics on near-term quantum
computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02209v1
- Date: Fri, 3 Mar 2023 20:45:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-07 21:00:29.599504
- Title: Large-scale simulations of Floquet physics on near-term quantum
computers
- Title（参考訳）: 短期量子コンピュータにおけるフロケ物理の大規模シミュレーション
- Authors: Timo Eckstein, Refik Mansuroglu, Piotr Czarnik, Jian-Xin Zhu, Michael
J. Hartmann, Lukasz Cincio, Andrew T. Sornborger and Zo\"e Holmes
- Abstract要約: 本稿では,量子ハードウェア上での高速駆動フロケットシステムのダイナミクスをシミュレーションする手法として量子高周波フロケットシミュレーション(QHiFFS)アルゴリズムを提案する。
QHiFFSの中心はキック演算子の概念であり、力学が時間に依存しない実効ハミルトニアンによって支配される基底となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6332429219530602
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum systems subject to periodic driving exhibit a diverse set of
phenomena both of fundamental and technological interest. However, such
dynamical systems are more challenging to simulate classically than their
equilibrium counterparts. Here, we introduce the Quantum High Frequency Floquet
Simulation (QHiFFS) algorithm as a method for simulating the dynamics of
fast-driven Floquet systems on quantum hardware. Central to QHiFFS is the
concept of a kick operator which transforms the system into a basis where the
dynamics is governed by a time-independent effective Hamiltonian. This allows
prior methods for time-independent Hamiltonian simulation to be lifted to the
simulation of Floquet systems. We use the periodically driven biaxial
next-nearest neighbor Ising (BNNNI) model as a case study to illustrate our
algorithm. This oft-studied model is a natural test bed for quantum frustrated
magnetism and criticality. We successfully implemented a 20-qubit simulation of
the driven two-dimensional BNNNI model on Quantinuum's trapped ion quantum
computer. This is complemented with an analysis of QHiFFS algorithmic errors.
Our study indicates that the algorithm exhibits not only a cubic scaling
advantage in driving frequency $\omega$ but also a linear one in simulation
time $t$ compared to Trotterisation, making it an interesting avenue to push
towards near-term quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: 周期運転の対象となる量子システムは、基本的および技術的両方の現象の集合を示す。
しかし、そのような力学系は平衡系よりも古典的にシミュレートするのが難しい。
本稿では,量子ハードウェア上で高速駆動フロッケ系のダイナミクスをシミュレーションする手法として,量子高周波フロッケシミュレーション(qhiffs)アルゴリズムを提案する。
qhiffs の中心はキック作用素の概念であり、力学が時間に依存しない実効ハミルトニアンによって支配される基礎へとシステム変換する。
これにより、時間に依存しないハミルトニアンシミュレーションの事前手法をフロッケ系のシミュレーションに持ち上げることができる。
bnnni(周期駆動二軸次ネアレスト近傍イジング)モデルを用いたアルゴリズムの事例研究を行った。
このoft-studiedモデルは、量子フラストレーション磁性と臨界性のための自然なテストベッドである。
量子量子量子コンピュータ上で駆動する2次元bnnniモデルの20量子ビットシミュレーションを成功させた。
これはQHiFFSアルゴリズムの誤りの解析と補完する。
我々の研究は、アルゴリズムが計算周波数$\omega$の立方体スケーリングの利点を示すだけでなく、シミュレーション時間$t$での線形スケーリングの利点を示すことを示している。
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