論文の概要: Accelerating Quantum Optimal Control of Multi-Qubit Systems with Symmetry-Based Hamiltonian Transformations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.05884v2
• Date: Tue, 3 Oct 2023 20:51:59 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-05 20:56:56.622065
• Title: Accelerating Quantum Optimal Control of Multi-Qubit Systems with Symmetry-Based Hamiltonian Transformations
• Title（参考訳）: 対称性に基づくハミルトン変換を用いたマルチキュービット系の量子最適制御の高速化
• Authors: Xian Wang, Mahmut Sait Okyay, Anshuman Kumar, Bryan M. Wong
• Abstract要約: 本稿では,大規模マルチキュービットシステムの量子最適制御計算を高速化する,新しい計算効率の高い手法を提案する。 我々のアプローチは、Sn あるいは Dn 対称性の下で、2n から 2n から O(n by n) または O((2n / n) へ (2n / n) まで、$n$-qubit 系のハミルトニアンサイズを減少させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.0126004742841253
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a novel, computationally efficient approach to accelerate quantum optimal control calculations of large multi-qubit systems used in a variety of quantum computing applications. By leveraging the intrinsic symmetry of finite groups, the Hilbert space can be decomposed and the Hamiltonians block-diagonalized to enable extremely fast quantum optimal control calculations. Our approach reduces the Hamiltonian size of an $n$-qubit system from 2^n by 2^n to O(n by n) or O((2^n / n) by (2^n / n)) under Sn or Dn symmetry, respectively. Most importantly, this approach reduces the computational runtime of qubit optimal control calculations by orders of magnitude while maintaining the same accuracy as the conventional method. As prospective applications, we show that (1) symmetry-protected subspaces can be potential platforms for quantum error suppression and simulation of other quantum Hamiltonians, and (2) Lie-Trotter-Suzuki decomposition approaches can generalize our method to a general variety of multi-qubit systems.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,様々な量子コンピューティングアプリケーションで使用される大規模マルチキュービットシステムの量子最適制御計算を高速化する,新しい計算効率の高い手法を提案する。 有限群の内在対称性を利用することでヒルベルト空間を分解し、ハミルトニアンはブロック対角化して超高速な量子最適制御計算を可能にする。 我々のアプローチは、Sn あるいは Dn 対称性の下で、$n$-qubit 系のハミルトニアンサイズを 2^n × 2^n から O(n by n) または O((2^n / n) から (2^n / n)) に減少させる。 最も重要なことに、このアプローチは、従来の方法と同じ精度を維持しながら、量子ビット最適制御計算の計算ランタイムを桁違いに削減する。 その結果,(1)対称性が保護された部分空間は他の量子ハミルトニアンの量子誤差抑制とシミュレーションの潜在的な基盤となりうること,(2)リートロッター・スズキ分解アプローチは,この手法を様々なマルチ量子ビット系に一般化できることを示した。

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