論文の概要: Variational-quantum-eigensolver-inspired optimization for spin-chain work extraction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.07617v2
• Date: Thu, 18 Jul 2024 11:03:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-07-20 00:02:04.574465
• Title: Variational-quantum-eigensolver-inspired optimization for spin-chain work extraction
• Title（参考訳）: スピンチェーンワーク抽出のための変分量子固有解法による最適化
• Authors: Ivan Medina, Alexandre Drinko, Guilherme I. Correr, Pedro C. Azado, Diogo O. Soares-Pinto,
• Abstract要約: 量子源からのエネルギー抽出は、量子電池のような新しい量子デバイスを開発するための重要なタスクである。 量子源からエネルギーを完全に抽出する主な問題は、任意のユニタリ演算をシステム上で行うことができるという仮定である。 本稿では,変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムにインスパイアされた抽出可能エネルギーの最適化手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.58317527488534
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The energy extraction from quantum sources is a key task to develop new quantum devices such as quantum batteries (QB). In this context, one of the main figures of merit is the ergotropy, which measures the maximal amount of energy (as work) that can be extracted from the quantum source by means of unitary operations. One of the main issues to fully extract energy from the quantum source is the assumption that any unitary operation can be done on the system. This assumption, in general, fails in practice since the operations that can be done are limited and depend on the quantum hardware (experimental platform) one has available. In this work, we propose an approach to optimize the extractable energy inspired by the variational quantum eigensolver (VQE) algorithm. In this approach, we explicitly take into account a limited set of unitaries by using the hardware efficient asatz (HEA) class of parameterized quantum circuits. As a QB we use an one-dimensional spin chain described by a family of paradigmatic first neighbor Hamiltonians such as the $XXX$,$XXZ$, $XYZ$, $XX$, $XY$ and transverse Ising models. By building our parameterized quantum circuits assuming that different types of connectivity may be available depending on the quantum hardware, we numerically compare the efficiency of work extraction for each model. Our results show that the best efficiency is generally obtained with quantum circuits that have connectivity between first neighbor spins.
• Abstract（参考訳）: 量子源からのエネルギー抽出は、量子電池(QB)のような新しい量子デバイスを開発するための重要なタスクである。 エルゴトロピー(エルゴトロピー、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy、英: ergotropy)は、量子源から抽出できる最大エネルギー量(仕事として)を単位演算によって測定する現象である。 量子源からエネルギーを完全に抽出する主な問題は、任意のユニタリ演算をシステム上で行うことができるという仮定である。 この仮定は一般に、実行可能な操作が制限され、利用可能な量子ハードウェア(実験プラットフォーム)に依存するため、実際には失敗する。 本研究では,変分量子固有解法(VQE)アルゴリズムに着想を得た抽出可能エネルギーの最適化手法を提案する。 提案手法では,パラメータ化量子回路のハードウェア効率的なアサッツ(HEA)クラスを用いて,限られたユニタリの集合を明示的に考慮する。 QB では、$XXX$,$XXZ$, $XYZ$, $XX$, $XY$, and transverse Ising model のようなパラダイム的ファースト・ハミルトンの族によって記述される一次元スピンチェインを用いる。 量子ハードウェアによって異なる種類の接続が可能であることを前提として、パラメータ化量子回路を構築することにより、各モデルに対する作業抽出の効率を数値的に比較する。 以上の結果から, 隣接スピン間の接続性を有する量子回路では, 最も効率のよい回路が得られることが示唆された。

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