論文の概要: Efficient quantum algorithm to simulate open systems through the quantum noise formalism

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.10009v1
• Date: Thu, 16 Nov 2023 16:45:30 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-11-17 13:26:03.045510
• Title: Efficient quantum algorithm to simulate open systems through the quantum noise formalism
• Title（参考訳）: 量子ノイズフォーマリズムによるオープンシステムをシミュレートする効率的な量子アルゴリズム
• Authors: Giovanni Di Bartolomeo, Michele Vischi, Tommaso Feri, Angelo Bassi, Sandro Donadi
• Abstract要約: 本稿では,量子デバイス上でのオープン量子システムをシミュレーションする効率的なアルゴリズムを提案する。 開系力学は、システムキュービットに作用するランダムなユニタリゲートを繰り返し適用することによりシミュレーション可能であることを証明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We introduce an efficient algorithm based on the quantum noise framework for simulating open quantum systems on quantum devices. We prove that the open system dynamics can be simulated by repeatedly applying random unitary gates acting on the system qubits plus a single ancillary bath qubit representing the environment. This algorithm represents a notable step forward compared to current approaches, not only beacause the ancilla overhead remains always constant regardless of the system size, but also because it provides a perturbative approximation of the full Lindblad equation to first order in the environment coupling constants, allowing to reach a better target accuracy with respect to first order approximation in the time step, thus reducing the total number of steps. When the perturbative approximation does not hold one can take smaller time steps and the approach reduces to the solution to first order in the time step. As a future perspective, this framework easily accomodates non-Markovian effects by relaxing the reset of the bath qubit prescription.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子デバイス上でオープン量子システムをシミュレートする量子ノイズフレームワークに基づく効率的なアルゴリズムを提案する。 オープンシステム力学は、システムキュービットに作用するランダムなユニタリゲートと環境を表す単一のアシラリーバスキュービットを繰り返し適用することによりシミュレーション可能であることを証明した。 このアルゴリズムは、システムサイズに関わらずアンシラのオーバーヘッドが常に一定であることに加えて、環境結合定数の第一次に対するリンドブラッド方程式の摂動近似を提供し、時間ステップにおける第一次近似に対する目標精度の向上を可能にし、ステップの総数を減少させるため、現在のアプローチと比較して顕著な前進を示している。 摂動近似が成立しない場合、より小さな時間ステップをとることができ、このアプローチは時間ステップの第一次解に還元される。 将来の展望として、このフレームワークはバスキュービット処方のリセットを緩和することにより、マルコフ効果を容易に緩和する。

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