論文の概要: Large-scale simulations of Floquet physics on near-term quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02209v2
• Date: Mon, 25 Nov 2024 14:52:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-26 14:14:21.802254
• 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, Zoë Holmes,
• Abstract要約: 本稿では,量子ハードウェア上で高速駆動型量子システムをシミュレートするための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）: 0.3252295747842729
• License:
• Abstract: Periodically driven quantum systems exhibit a diverse set of phenomena but are more challenging to simulate than their equilibrium counterparts. Here, we introduce the Quantum High-Frequency Floquet Simulation (QHiFFS) algorithm as a method to simulate fast-driven quantum 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 simulation to be lifted to simulate Floquet systems. We use the periodically driven biaxial next-nearest neighbor Ising (BNNNI) model, a natural test bed for quantum frustrated magnetism and criticality, as a case study to illustrate our algorithm. We implemented a 20-qubit simulation of the driven two-dimensional BNNNI model on Quantinuum's trapped ion quantum computer. Our error analysis shows that QHiFFS exhibits not only a cubic advantage in driving frequency $\omega$ but also a linear advantage in simulation time $t$ compared to~Trotterization.
• Abstract（参考訳）: 周期的に駆動される量子系は様々な現象を示すが、平衡系よりもシミュレーションが難しい。 本稿では,量子ハードウェア上での高速駆動量子システムをシミュレートする手法として,量子高周波浮動小数点演算アルゴリズム(QHiFFS)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。 これにより、時間に依存しないシミュレーションの以前の手法でFloquetシステムをシミュレートすることができる。 我々は、量子フラストレーション磁気と臨界性の自然なテストベッドであるBNNNIモデルを、我々のアルゴリズムを例証するケーススタディとして使用した。 我々はQuantinuumの捕捉されたイオン量子コンピュータ上での2次元BNNNIモデルの20量子ビットシミュレーションを実装した。 誤差解析の結果,QHiFFSは駆動周波数$\omega$の立方的優位性を示すだけでなく,シミュレーション時間$t$の線形優位性を示すことがわかった。

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