論文の概要: Optimal compression of constrained quantum time evolution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.06347v1
• Date: Fri, 10 Nov 2023 19:00:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-14 19:14:21.293612
• Title: Optimal compression of constrained quantum time evolution
• Title（参考訳）: 制約付き量子時間発展の最適圧縮
• Authors: Maurits S. J. Tepaske, David J. Luitz, Dominik Hahn
• Abstract要約: 量子多体系の時間発展は、短期量子コンピュータの最も有望な応用の1つである。 変分回路は、トロッター分解のような最先端の手法より優れた手法である。 対称性の符号化により、最適化コストを1桁以上削減し、スケーラビリティを任意の大規模システムサイズに拡張できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The time evolution of quantum many-body systems is one of the most promising applications for near-term quantum computers. However, the utility of current quantum devices is strongly hampered by the proliferation of hardware errors. The minimization of the circuit depth for a given quantum algorithm is therefore highly desirable, since shallow circuits generally are less vulnerable to decoherence. Recently, it was shown that variational circuits are a promising approach to outperform current state-of-the-art methods such as Trotter decomposition, although the optimal choice of parameters is a computationally demanding task. In this work, we demonstrate a simplification of the variational optimization of circuits implementing the time evolution operator of local Hamiltonians by directly encoding symmetries of the physical system under consideration. We study the expressibility of such constrained variational circuits for different models and symmetries. Our results show that the encoding of symmetries allows a reduction of optimization cost by more than one order of magnitude and scalability to arbitrary large system sizes, without loosing accuracy in most systems. Furthermore, we discuss the exceptions in constrained systems and provide an explanation by means of an restricted lightcone width after imposing the constraints into the circuits.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系の時間進化は、短期量子コンピュータの最も有望な応用の1つである。 しかし、現在の量子デバイスの有用性は、ハードウェアエラーの増大によって強く妨げられている。 したがって、浅い回路は一般にデコヒーレンスに弱いため、与えられた量子アルゴリズムの回路深さの最小化は極めて望ましい。 近年,パラメータの最適選択は計算に要求されるタスクであるが,変分回路はトロッター分解のような最先端の手法を上回る有望な手法であることが示されている。 本研究では,物理系の対称性を直接符号化することにより,局所ハミルトニアンの時間発展演算子を実装する回路の変動最適化の単純化を実証する。 異なるモデルと対称性に対する制約付き変動回路の表現可能性について検討する。 その結果、対称性のエンコーディングは最適化コストを1桁以上削減し、多くのシステムで精度を低下させることなく、任意の大きなシステムサイズに拡張できることが示されている。 さらに、制約付きシステムにおける例外を議論し、回路に制約を課した後、制約付き光円錐幅を用いて説明を行う。

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