論文の概要: An entanglement-aware quantum computer simulation algorithm
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.16870v1
- Date: Mon, 31 Jul 2023 17:27:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-01 13:13:52.901567
- Title: An entanglement-aware quantum computer simulation algorithm
- Title（参考訳）: 絡み合いを考慮した量子コンピュータシミュレーションアルゴリズム
- Authors: Maxime Oliva
- Abstract要約: 本稿では,近似量子状態の忠実度を,その正確な値と直接比較することなく推定する方法を提案する。
このアルゴリズムは標準固定結合次元トランケーションスキームをはるかに超えることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The advent of quantum computers promises exponential speed ups in the
execution of various computational tasks. While their capabilities are hindered
by quantum decoherence, they can be exactly simulated on classical hardware at
the cost of an exponential scaling in terms of number of qubits. To circumvent
this, quantum states can be represented as matrix product states (MPS), a
product of tensors separated by so-called bond dimensions. Limiting bond
dimensions growth approximates the state, but also limits its ability to
represent entanglement. Methods based on this representation have been the most
popular tool at simulating large quantum systems. But how to trust resulting
approximate quantum states for such intractable systems sizes ? I propose here
a method for inferring the fidelity of an approximate quantum state without
direct comparison to its exact counterpart, and use it to design an
``entanglement-aware'' (EA) algorithm for both pure and mixed states. As
opposed to state of the art methods which limit bond dimensions up to an
arbitrary maximum value, this algorithm receives as input a fidelity, and
adapts dynamically its bond dimensions to both local entanglement and noise
such that the final quantum state fidelity at least reaches the input fidelity.
I show that this algorithm far surpasses standard fixed bond dimension
truncation schemes. In particular, a noiseless random circuit of 300 qubits and
depth 75 simulated using MPS methods takes one week of computation time, while
EA-MPS only needs 2 hours to reach similar quantum state fidelity.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータの出現は、様々な計算タスクの実行において指数的なスピードアップを約束する。
その能力は量子デコヒーレンスによって妨げられるが、量子ビット数の観点から指数スケーリングを犠牲にして古典的ハードウェア上で正確にシミュレートすることができる。
これを回避するために、量子状態はいわゆる結合次元で区切られたテンソルの積である行列積状態(MPS)として表すことができる。
制限結合次元の成長は状態に近いが、絡み合いを表現する能力も制限する。
この表現に基づく手法は、大規模量子システムをシミュレートする最も一般的なツールである。
しかし、そのような難解なシステムサイズに対して、結果の近似量子状態をどのように信頼するか?
本稿では、近似量子状態の忠実性を直接比較することなく推定する方法を提案し、純粋状態と混合状態の両方に対して 'enanglement-aware' (ea) アルゴリズムを設計する。
任意の最大値まで結合次元を制限する技術手法の状態とは対照的に、このアルゴリズムは入力忠実さを受信し、その結合次元を局所絡み合いと雑音の両方に動的に適用し、最終的な量子状態忠実度が少なくとも入力忠実度に達する。
このアルゴリズムは標準固定結合次元トランケーションスキームをはるかに超えることを示す。
特に、MPS法を用いてシミュレートされた300量子ビットと深さ75のノイズレスランダム回路は1週間の計算時間を必要とし、EA-MPSは同様の量子状態の忠実度に達するのに2時間しかかからない。
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