論文の概要: Fermionic quantum processing with programmable neutral atom arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.06985v1
• Date: Mon, 13 Mar 2023 10:35:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-14 15:35:18.814971
• Title: Fermionic quantum processing with programmable neutral atom arrays
• Title（参考訳）: プログラム可能な中性原子配列を用いたフェルミオン量子処理
• Authors: Daniel Gonz\'alez-Cuadra, Dolev Bluvstein, Marcin Kalinowski, Raphael Kaubruegger, Nishad Maskara, Piero Naldesi, Torsten V. Zache, Adam M. Kaufman, Mikhail D. Lukin, Hannes Pichler, Beno\^it Vermersch, Jun Ye, Peter Zoller
• Abstract要約: 多体フェルミオン系の特性をシミュレーションすることは、物質科学、量子化学、粒子物理学に関連する卓越した計算課題である。 本稿では、フェルミオンモデルがフェルミオンレジスタに符号化され、フェルミオンゲートを用いてハードウェア効率よくシミュレートされるフェルミオン量子プロセッサを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.539215791790606
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulating the properties of many-body fermionic systems is an outstanding computational challenge relevant to material science, quantum chemistry, and particle physics. Although qubit-based quantum computers can potentially tackle this problem more efficiently than classical devices, encoding non-local fermionic statistics introduces an overhead in the required resources, limiting their applicability on near-term architectures. In this work, we present a fermionic quantum processor, where fermionic models are locally encoded in a fermionic register and simulated in a hardware-efficient manner using fermionic gates. We consider in particular fermionic atoms in programmable tweezer arrays and develop different protocols to implement non-local tunneling gates, guaranteeing Fermi statistics at the hardware level. We use this gate set, together with Rydberg-mediated interaction gates, to find efficient circuit decompositions for digital and variational quantum simulation algorithms, illustrated here for molecular energy estimation. Finally, we consider a combined fermion-qubit architecture, where both the motional and internal degrees of freedom of the atoms are harnessed to efficiently implement quantum phase estimation, as well as to simulate lattice gauge theory dynamics.
• Abstract（参考訳）: 多体フェルミオン系の特性をシミュレーションすることは、物質科学、量子化学、粒子物理学に関連する卓越した計算課題である。 qubitベースの量子コンピュータは、古典的デバイスよりも効率的にこの問題に対処できるが、非局所的フェルミオン統計のエンコーディングは必要なリソースのオーバーヘッドをもたらし、短期的アーキテクチャへの適用性を制限している。 本研究では,フェルミオンモデルが局所的にフェルミイオンレジスタに符号化され,フェルミイオンゲートを用いてハードウェア効率のよいシミュレーションを行うフェルミイオン量子プロセッサを提案する。 プログラム可能なツイーザアレイにおける特にフェルミイオン原子を考察し,非局所トンネルゲートを実装するための異なるプロトコルを開発し,ハードウェアレベルでのフェルミ統計を保証する。 我々は、このゲートセットと、Rydbergによる相互作用ゲートを用いて、分子エネルギー推定のために、ディジタルおよび変分量子シミュレーションアルゴリズムの効率的な回路分解を見つける。 最後に、原子の運動自由度と内部自由度の両方を利用して量子位相推定を効率的に実施し、格子ゲージ理論のダイナミクスをシミュレートするフェルミオン量子ビットアーキテクチャについて考察する。

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