論文の概要: Problem-tailored Simulation of Energy Transport on Noisy Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.03924v2
- Date: Sun, 20 Oct 2024 19:52:38 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-22 13:10:59.562676
- Title: Problem-tailored Simulation of Energy Transport on Noisy Quantum Computers
- Title（参考訳）: ノイズ量子コンピュータにおけるエネルギー輸送に関する問題調整シミュレーション
- Authors: I-Chi Chen, Klée Pollock, Yong-Xin Yao, Peter P. Orth, Thomas Iadecola,
- Abstract要約: スピンと電荷は、量子多体系の挙動を特徴づけるのに基本的である。
今日の量子コンピュータはゲートエラーとコヒーレンス時間に悩まされている。
本稿では,これらの力学をシミュレートする新しい手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: The transport of conserved quantities like spin and charge is fundamental to characterizing the behavior of quantum many-body systems. Numerically simulating such dynamics is generically challenging, which motivates the consideration of quantum computing strategies. However, the relatively high gate errors and limited coherence times of today's quantum computers pose their own challenge, highlighting the need to be frugal with quantum resources. In this work we report simulations on quantum hardware of infinite-temperature energy transport in the mixed-field Ising chain, a paradigmatic many-body system that can exhibit a range of transport behaviors at intermediate times. We consider a chain with $L=12$ sites and find results broadly consistent with those from ideal circuit simulators over 90 Trotter steps, containing up to 990 entangling gates. To obtain these results, we use two key problem-tailored insights. First, we identify a convenient basis$\unicode{x2013}$the Pauli $Y$ basis$\unicode{x2013}$in which to sample the infinite-temperature trace and provide theoretical and numerical justifications for its efficiency relative to, e.g., the computational basis. Second, in addition to a variety of problem-agnostic error mitigation strategies, we employ a renormalization strategy that compensates for global nonconservation of energy due to device noise. We discuss the applicability of the proposed sampling approach beyond the mixed-field Ising chain and formulate a variational method to search for a sampling basis with small sample-to-sample fluctuations for an arbitrary Hamiltonian. This opens the door to applying these techniques in more general models.
- Abstract（参考訳）: スピンや電荷のような保存された量の輸送は、量子多体系の挙動を特徴づけるのに基本的である。
このような力学を数値的にシミュレートすることは、汎用的に困難であり、量子コンピューティング戦略の考慮を動機付けている。
しかし、今日の量子コンピュータの比較的高いゲートエラーと限定的なコヒーレンスタイムは、独自の課題を生じさせ、量子リソースと疎結合である必要性を浮き彫りにした。
本研究は, 中間時間に様々な輸送挙動を示す多体系である混合場Ising鎖における無限温度エネルギー輸送の量子ハードウェアに関するシミュレーションを報告する。
我々は、L=12$のサイトを持つチェーンを考えて、90段以上のトロッターゲートを含む理想的な回路シミュレータから得られるものと、最大990個のエンタングゲートを含む結果と広い整合性を見出した。
これらの結果を得るために、我々は2つの重要な問題調整された洞察を用いる。
まず、無限温度のトレースをサンプリングし、その効率に対して理論的および数値的な正当性を与える、便利な基底$\unicode{x2013}$the Pauli$Y$ basis$\unicode{x2013}$inを同定する。
第2に、様々な問題に依存しないエラー軽減戦略に加えて、デバイスノイズによるエネルギーの世界的な非保存を補償する正規化戦略を採用する。
混合フィールドイジング鎖を超えるサンプリング手法の適用性について検討し,任意のハミルトン系に対して小さなサンプル対サンプルの揺らぎでサンプリングベースを探索する変分法を定式化する。
これにより、これらのテクニックをより一般的なモデルに適用する扉が開ける。
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