論文の概要: Efficient quantum algorithm to simulate open systems through a single environmental qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.10009v2
- Date: Mon, 14 Oct 2024 10:06:48 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-10-15 15:02:02.109864
- Title: Efficient quantum algorithm to simulate open systems through a single environmental qubit
- Title（参考訳）: 単一環境量子ビットによる開系シミュレーションのための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: 量子コンピュータ上でのリンドブラッドマスター方程式により記述された開量子系の力学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。
固定精度条件下では,他の手法と比較してトロッター数を減らすことができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: We present an efficient algorithm for simulating open quantum systems dynamics described by the Lindblad master equation on quantum computers, addressing key challenges in the field. In contrast to existing approaches, our method achieves two significant advancements. First, we employ a repetition of unitary gates on a set of $n$ system qubits and, remarkably, only a single ancillary bath qubit representing the environment. It follows that, for the typical case of $m$-locality of the Lindblad operators, we reach an exponential improvement of the number of ancilla in terms of $m$ and up to a polynomial improvement in ancilla overhead for large $n$ with respect to other approaches. Although stochasticity is introduced, requiring multiple circuit realizations, the sampling overhead is independent of the system size. Secondly, we show that, under fixed accuracy conditions, our algorithm enables a reduction in the number of trotter steps compared to other approaches, substantially decreasing circuit depth. These advancements hold particular significance for near-term quantum computers, where minimizing both width and depth is critical due to inherent noise in their dynamics.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、量子コンピュータ上でのリンドブラッドマスター方程式によって記述されたオープン量子系の力学をシミュレーションする効率的なアルゴリズムについて述べる。
既存の手法とは対照的に,本手法は2つの重要な進歩を達成している。
まず、1組の$n$システムキュービットにユニタリゲートを繰り返し使用し、驚くべきことに、環境を表す1つのアシラリーバスキュービットのみを使用します。
これは、リンドブラッド作用素の典型的な場合、$m$-局所性に対して、他のアプローチに関して大きめの$n$に対する大きめのアンシラオーバーヘッドにおいて、$m$と最大多項式の改善でアンシラの数を指数関数的に改善する。
確率性は導入されるが、複数の回路の実現を必要とするが、サンプリングオーバーヘッドはシステムサイズとは無関係である。
第2に,固定精度条件下では,他の手法と比較してトロッタステップの削減が可能であり,回路深さが大幅に減少することを示す。
これらの進歩は、近未来の量子コンピュータにおいて特に重要であり、幅と深さの最小化は、その力学に固有のノイズのために重要である。
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