論文の概要: Variational Gibbs State Preparation on NISQ devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.11276v1
- Date: Mon, 20 Mar 2023 17:09:34 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-21 14:21:49.718143
- Title: Variational Gibbs State Preparation on NISQ devices
- Title（参考訳）: NISQデバイスにおける変分ギブス状態生成
- Authors: Mirko Consiglio, Jacopo Settino, Andrea Giordano, Carlo Mastroianni,
Francesco Plastina, Salvatore Lorenzo, Sabrina Maniscalco, John Goold, Tony
J. G. Apollaro
- Abstract要約: 本稿では,量子多体系のギブス状態を作成するための変分量子アルゴリズム(VQA)を提案する。
我々のVQAの新規性は、2つの異なる接続された量子レジスタに作用するパラメータ化量子回路を実装することである。
逆場イジングモデルのギブズ状態を作成してVQAをベンチマークし、幅広い温度で極めて高い忠実度を達成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.3221598787223128
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The preparation of an equilibrium thermal state of a quantum many-body system
on noisy intermediate-scale (NISQ) devices is an important task in order to
extend the range of applications of quantum computation. Faithful Gibbs state
preparation would pave the way to investigate protocols such as thermalization
and out-of-equilibrium thermodynamics, as well as providing useful resources
for quantum algorithms, where sampling from Gibbs states constitutes a key
subroutine. We propose a variational quantum algorithm (VQA) to prepare Gibbs
states of a quantum many-body system. The novelty of our VQA consists in
implementing a parameterized quantum circuit acting on two distinct, yet
connected, quantum registers. The VQA evaluates the Helmholtz free energy,
where the von Neumann entropy is obtained via post-processing of computational
basis measurements on one register, while the Gibbs state is prepared on the
other register, via a unitary rotation in the energy basis. Finally, we
benchmark our VQA by preparing Gibbs states of the transverse field Ising model
and achieve remarkably high fidelities across a broad range of temperatures in
statevector simulations. We also assess the performance of the VQA on IBM
quantum computers, showcasing its feasibility on current NISQ devices.
- Abstract（参考訳）: ノイズのある中間スケール(NISQ)デバイス上での量子多体系の平衡熱状態の生成は、量子計算の応用範囲を広げるために重要な課題である。
忠実なギブス状態準備は、熱化や平衡外熱力学などのプロトコルを調査する方法と、ギブス状態からのサンプリングが重要なサブルーチンを構成する量子アルゴリズムに有用なリソースを提供する。
量子多体系のギブス状態を作成するための変分量子アルゴリズム(VQA)を提案する。
我々のVQAの新規性は、2つの異なる接続された量子レジスタに作用するパラメータ化量子回路を実装することである。
vqaはヘルムホルツ自由エネルギーを評価し、フォン・ノイマンエントロピーは1つのレジスタ上の計算基底測定の事後処理によって得られ、ギブス状態はエネルギー基底のユニタリ回転を介して他のレジスタで作成される。
最後に, 逆場イジングモデルのギブズ状態を作成してVQAをベンチマークし, 状態ベクトルシミュレーションにおいて, 広範囲の温度で極めて高い忠実性を実現する。
また、IBM量子コンピュータにおけるVQAの性能を評価し、現在のNISQデバイスで実現可能であることを示す。
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