論文の概要: Calculating the many-body density of states on a digital quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.13476v1
• Date: Thu, 23 Mar 2023 17:46:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-24 13:03:09.707730
• Title: Calculating the many-body density of states on a digital quantum computer
• Title（参考訳）: ディジタル量子コンピュータにおける状態の多体密度の計算
• Authors: Alessandro Summer, Cecilia Chiaracane, Mark T. Mitchison, and John Goold
• Abstract要約: ディジタル量子コンピュータ上で状態の密度を推定する量子アルゴリズムを実装した。 我々は,量子H1-1トラップイオンチップ上での非可積分ハミルトニアン状態の密度を18ビットの制御レジスタに対して推定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 58.720142291102135
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum statistical mechanics allows us to extract thermodynamic information from a microscopic description of a many-body system. A key step is the calculation of the density of states, from which the partition function and all finite-temperature equilibrium thermodynamic quantities can be calculated. In this work, we devise and implement a quantum algorithm to perform an estimation of the density of states on a digital quantum computer which is inspired by the kernel polynomial method. Classically, the kernel polynomial method allows to sample spectral functions via a Chebyshev polynomial expansion. Our algorithm computes moments of the expansion on quantum hardware using a combination of random state preparation for stochastic trace evaluation and a controlled unitary operator. We use our algorithm to estimate the density of states of a non-integrable Hamiltonian on the Quantinuum H1-1 trapped ion chip for a controlled register of 18 qubits. This not only represents a state-of-the-art calculation of thermal properties of a many-body system on quantum hardware, but also exploits the controlled unitary evolution of a many-qubit register on an unprecedented scale.
• Abstract（参考訳）: 量子統計力学は多体系の微視的記述から熱力学的情報を抽出することができる。 重要なステップは状態の密度の計算であり、そこから分割関数と全ての有限温度平衡熱力学量を計算することができる。 本研究では,カーネル多項式法に触発されたディジタル量子コンピュータ上で状態密度の推定を行う量子アルゴリズムを考案し,実装する。 古典的には、カーネル多項式法はチェビシェフ多項式展開を通じてスペクトル関数をサンプリングすることができる。 本アルゴリズムは,確率的トレース評価のためのランダム状態準備と制御ユニタリ演算子を組み合わせた量子ハードウェア上の拡張モーメントを計算する。 我々は,量子H1-1トラップイオンチップ上での非可積分ハミルトニアン状態の密度を18量子ビットの制御レジスタに対して推定する。 これは、量子ハードウェア上の多体系の熱特性の最先端の計算であるだけでなく、前例のないスケールで多ビットレジスタの制御されたユニタリ進化を利用する。

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