論文の概要: Exploiting Maximally Mixed States for Spectral Estimation by Time Evolution

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.00687v1
• Date: Fri, 1 Dec 2023 16:11:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-04 13:57:39.422145
• Title: Exploiting Maximally Mixed States for Spectral Estimation by Time Evolution
• Title（参考訳）: 時間進化によるスペクトル推定のための最大混合状態の爆発
• Authors: Kaelyn J. Ferris, Zihang Wang, Itay Hen, Amir Kalev, Nicholas T. Bronn, Vojtech Vlcek
• Abstract要約: 量子多体ハミルトニアンのスペクトルを推定するための新しいアプローチを導入する。 このアプローチでは、ハミルトニアンの関心の下で、最大混合状態が進化している。 現在使われている古典的統計的サンプリング法よりも,本手法の利点を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5891987066624194
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We introduce a novel approach for estimating the spectrum of quantum many-body Hamiltonians, and more generally, of Hermitian operators, using quantum time evolution. In our approach we are evolving a maximally mixed state under the Hamiltonian of interest and collecting specific time-series measurements to estimate its spectrum. We demonstrate the advantage of our technique over currently used classical statistical sampling methods. We showcase our approach by experimentally estimating the spectral decomposition of a 2-qubit Heisenberg Hamiltonian on an IBM Quantum backend. For this purpose, we develop a hardware-efficient decomposition that controls $n$-qubit Pauli rotations against the physically closest qubit alongside expressing two-qubit rotations in terms of the native entangling interaction. This substantially reduced the accumulation of errors from noisy two-qubit operations in time evolution simulation protocols. We conclude by discussing the potential impact of our work and the future directions of research it opens.
• Abstract（参考訳）: 量子時間進化を用いて、量子多体ハミルトニアン、より一般にエルミート作用素のスペクトルを推定するための新しいアプローチを導入する。 このアプローチでは、ハミルトニアンの関心の下で最大混合状態を進化させ、特定の時系列測定値を収集してスペクトルを推定している。 現在使われている古典的統計的サンプリング法よりも,本手法の利点を実証する。 ibm量子バックエンド上での2量子ビットハイゼンベルクハミルトニアンのスペクトル分解を実験的に推定することにより,本手法を実証する。 そこで本研究では,物理的に最も近い量子ビットに対して$n$-qubit Pauli回転を制御し,ネイティブエンタングリング相互作用の点から2キュービット回転を表現できるハードウェア効率の分解法を開発した。 これにより、時間発展シミュレーションプロトコルにおけるノイズの多い2ビット演算からのエラーの蓄積を大幅に削減した。 我々は、我々の研究の潜在的影響と、それが開く研究の今後の方向性について論じる。

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