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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.06347v3
• Date: Sat, 18 May 2024 21:54:50 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-22 00:10:05.638700
• Title: Optimal compression of constrained quantum time evolution
• Title（参考訳）: 制約量子時間進化の最適圧縮
• 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。 本研究では,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。 この結果から,制約の符号化により,任意の大規模システムサイズに最適化コストを1桁以上削減し,スケーラビリティを向上できることがわかった。
• 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 constraints of the physical system under consideration. We study the expressibility of such constrained variational circuits for different models and constraints. Our results show that the encoding of constraints 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 locally-constrained systems and provide an explanation by means of an restricted lightcone width after incorporating 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における最も有望な応用の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にもかかわらず,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ことが示されている。 本研究では,物理系の制約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。 このような制約付き変動回路の異なるモデルと制約に対する表現性について検討する。 本結果から,制約の符号化により,ほとんどのシステムにおいて精度を損なうことなく,最大1桁以上の最適化コストとスケーラビリティを任意の大規模システムサイズに削減できることが示唆された。 さらに、局所的に制約されたシステムにおける例外について議論し、制約を回路に組み込んだ後、制限された光円錐幅による説明を行う。

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