論文の概要: Fermionic Simulators for Enhanced Scalability of Variational Quantum
Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.14842v1
- Date: Mon, 26 Jun 2023 16:50:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-27 12:28:04.831045
- Title: Fermionic Simulators for Enhanced Scalability of Variational Quantum
Simulation
- Title（参考訳）: 変分量子シミュレーションのスケーラビリティ向上のためのフェルミオンシミュレータ
- Authors: Qingyu Li, Chiranjib Mukhopadhyay, Abolfazl Bayat
- Abstract要約: 短期量子シミュレータは主に量子ビットベースのアーキテクチャに基づいている。
フェルミオン量子シミュレータは、光学的ツイーザーにおける中性原子のトラップと操作の進歩により、実現しつつある。
フェルミオンシミュレータは、量子進化の資源に関して、実際に量子ビットよりも優れていることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6445605125467573
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Near-term quantum simulators are mostly based on qubit-based architectures.
However, their imperfect nature significantly limits their practical
application. The situation is even worse for simulating fermionic systems,
which underlie most of material science and chemistry, as one has to adopt
fermion-to-qubit encodings which create significant additional resource
overhead and trainability issues. Thanks to recent advances in trapping and
manipulation of neutral atoms in optical tweezers, digital fermionic quantum
simulators are becoming viable. A key question is whether these emerging
fermionic simulators can outperform qubit-based simulators for characterizing
strongly correlated electronic systems. Here, we perform a comprehensive
comparison of resource efficiency between qubit and fermionic simulators for
variational ground-state emulation of fermionic systems in both condensed
matter systems and quantum chemistry problems. We show that the fermionic
simulators indeed outperform their qubit counterparts with respect to resources
for quantum evolution (circuit depth), as well as classical optimization
(number of required parameters and iterations). In addition, they show less
sensitivity to the random initialization of the circuit. The relative advantage
of fermionic simulators becomes even more pronounced as interaction becomes
stronger, or tunneling is allowed in more than one dimension, as well as for
spinful fermions. Importantly, this improvement is scalable, i.e., the
performance gap between fermionic and qubit simulators only grows for bigger
system sizes.
- Abstract（参考訳）: 短期量子シミュレータは主に量子ビットベースのアーキテクチャに基づいている。
しかし、その不完全な性質は実用性を著しく制限している。
この状況は、物質科学や化学のほとんどを根底にあるフェルミオン系をシミュレートする上でさらに悪化している。
光ツイーザーにおける中性原子のトラップと操作の最近の進歩により、デジタルフェルミオン量子シミュレーターが実現しつつある。
鍵となる疑問は、これらの出現するフェルミオンシミュレータが、強い相関電子系を特徴づけるためにキュービットベースのシミュレータより優れているかどうかである。
本稿では, 凝縮体系と量子化学問題の両方におけるフェルミオン系の変動基底状態エミュレーションのための量子ビットシミュレータとフェルミオンシミュレータとの資源効率の包括的比較を行う。
フェルミイオンシミュレータは量子進化の資源(循環深さ)や古典的最適化(必要パラメータ数と反復数)において量子ビットシミュレータよりも優れていることを示す。
さらに、回路のランダム初期化に対する感度を低下させる。
フェルミオンシミュレータの相対的な利点は、相互作用が強くなるにつれてさらに顕著になり、また、スピンフルフェルミオンと同様に1次元以上のトンネルが許される。
重要なのは、この改善はスケーラブルであり、fermionicシミュレータとqubitシミュレータのパフォーマンスギャップは、より大きなシステムサイズでのみ大きくなることだ。
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