論文の概要: Combining Matrix Product States and Noisy Quantum Computers for Quantum Simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.19231v1
• Date: Tue, 30 May 2023 17:21:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-31 14:35:26.539777
• Title: Combining Matrix Product States and Noisy Quantum Computers for Quantum Simulation
• Title（参考訳）: 行列積状態と雑音量子コンピュータの組み合わせによる量子シミュレーション
• Authors: Baptiste Anselme Martin, Thomas Ayral, Fran\c{c}ois Jamet, Marko J. Ran\v{c}i\'c, Pascal Simon
• Abstract要約: マトリックス生成状態(MPS)は、量子多体系を研究するための強力なツールであることが証明されている。 MPSは1Dシステムの基底状態を効率的に見つけることができるが、その能力は力学をシミュレートする際に制限される。 我々は,古典的な知識をMPSの形で利用することで,限られた量子資源をよりよく活用できることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Matrix Product States (MPS) have been proven to be a powerful tool to study quantum many-body systems but are restricted to moderately entangled states as the number of parameters scales exponentially with the entanglement entropy. While MPS can efficiently find ground states of 1D systems, their capacities are limited when simulating their dynamics, where the entanglement can increase ballistically with time. On the other hand, quantum devices appear as a natural platform to encode correlated many-body states, suited to perform time evolution. However, accessing the regime of modeling long-time dynamics is hampered by quantum noise. In this study we use the best of worlds: the short-time dynamics is efficiently performed by MPSs, compiled into short-depth quantum circuits followed by Trotter circuits run on a quantum computer. We quantify the capacities of this hybrid classical-quantum scheme in terms of fidelities and entanglement production taking into account a realistic noise model. We show that using classical knowledge in the form of MPSs provides a way to better use limited quantum resources and lowers the noise requirements to reach a practical quantum advantage. Combined with powerful noise-mitigation methods our approach allows us to simulate an 8-qubit system on an actual quantum device over a longer time scale than low bond dimension MPSs and purely quantum Trotter evolution.
• Abstract（参考訳）: マトリックス生成状態(MPS)は、量子多体系を研究するための強力なツールであることが証明されているが、パラメータの数がエントロピーと指数関数的にスケールするため、適度に絡み合った状態に制限されている。 MPSは1Dシステムの基底状態を効率的に見つけることができるが、その能力は力学をシミュレートする際に制限される。 一方、量子デバイスは時間進化に適した相関した多体状態を符号化する自然なプラットフォームとして現れる。 しかし、長い時間ダイナミクスのモデリングシステムにアクセスすることは、量子ノイズによって妨げられる。 短時間のダイナミクスはMPSによって効率的に実行され、短深さの量子回路にコンパイルされ、次いで量子コンピュータ上で実行されるトロッター回路が続く。 我々は,このハイブリッド古典量子スキームのキャパシティを,現実的な雑音モデルを考慮したフィダリティと絡み合い生成の観点から定量化する。 mpssの形で古典的知識を使用することで、限られた量子リソースをよりよく利用し、実用的な量子優位性に到達するためのノイズ要件を低減できることを示す。 我々の手法は強力なノイズ緩和法と組み合わせることで、低結合次元MPSや純粋量子トロッター進化よりも長い時間スケールで実際の量子デバイス上の8量子系をシミュレートすることができる。

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