論文の概要: Trapped-ion quantum simulations for condensed-phase chemical dynamics: seeking a quantum advantage

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.03156v1
• Date: Thu, 4 May 2023 21:16:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-08 16:05:49.751380
• Title: Trapped-ion quantum simulations for condensed-phase chemical dynamics: seeking a quantum advantage
• Title（参考訳）: 凝縮相化学動力学のためのトラップイオン量子シミュレーション:量子優位性を求めて
• Authors: Mingyu Kang, Kai T. Liu, Sutirtha N. Chowdhury, Jonathon L. Yuly, Ke Sun, Jacob Whitlow, Jes\'us Valdiviezo, Zhendian Zhang, Peng Zhang, David N. Beratan, Kenneth R. Brown
• Abstract要約: トラップイオン量子系は、化学力学のアナログ量子シミュレーションの基盤として機能する。 これらのシミュレーションの「量子優位性」を特定するためには、古典的デジタルアルゴリズムと、ノイズの多いハードウェア上でのアナログ量子シミュレーションの両方のパフォーマンス解析が必要である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.109135754920393
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulating the quantum dynamics of molecules in the condensed phase represents a longstanding challenge in chemistry. Trapped-ion quantum systems may serve as a platform for the analog-quantum simulation of chemical dynamics that is beyond the reach of current classical-digital simulation. To identify a "quantum advantage" for these simulations, performance analysis of both classical-digital algorithms and analog-quantum simulation on noisy hardware is needed. In this Perspective, we make this comparison for the simulation of model molecular Hamiltonians that describe intrinsically quantum models for molecules that possess linear vibronic coupling, comparing the accuracy and computational cost. We describe several simple Hamiltonians that are commonly used to model molecular systems, which can be simulated with existing or emerging trapped-ion hardware. These Hamiltonians may serve as stepping stones toward the use of trapped-ion simulators beyond the reach of classical-digital methods. Finally, we identify dynamical regimes where classical-digital simulations seem to have the weakest performance compared to analog-quantum simulations. These regimes may provide the lowest hanging fruit to exploit potential quantum advantages.
• Abstract（参考訳）: 凝縮相における分子の量子力学のシミュレーションは、化学における長年の挑戦である。 トラップイオン量子システムは、現在の古典デジタルシミュレーションの範囲を超えている化学力学のアナログ量子シミュレーションの基盤として機能する。 これらのシミュレーションの「量子優位性」を特定するためには、古典的デジタルアルゴリズムとノイズの多いハードウェア上のアナログ量子シミュレーションの両方の性能解析が必要である。 本研究では,線形振動子カップリングを持つ分子の固有量子モデルを記述するモデル分子ハミルトニアンをシミュレーションし,その精度と計算コストを比較した。 分子システムをモデル化するのによく用いられるいくつかの単純なハミルトニアンについて述べる。 これらのハミルトニアンは、古典的デジタル手法の範囲を超えて、閉じ込められたイオンシミュレータの使用への踏み台として機能するかもしれない。 最後に、古典デジタルシミュレーションがアナログ量子シミュレーションに比べて最も弱い性能を持つように見える動的レジームを同定する。 これらのレジームは、潜在的な量子的な利点を生かすために最も低い吊り下げの果実を提供するかもしれない。

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