論文の概要: Enhancing quantum utility: simulating large-scale quantum spin chains on
superconducting quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.12427v1
- Date: Tue, 19 Dec 2023 18:56:03 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-20 14:28:27.183812
- Title: Enhancing quantum utility: simulating large-scale quantum spin chains on
superconducting quantum computers
- Title（参考訳）: 量子ユーティリティの強化:超伝導量子コンピュータ上での大規模量子スピンチェーンのシミュレーション
- Authors: Talal Ahmed Chowdhury, Kwangmin Yu, Mahmud Ashraf Shamim, M.L. Kabir
and Raza Sabbir Sufian
- Abstract要約: フラストレーション量子スピン-$frac12$反強磁性ハイゼンベルクスピン鎖の量子シミュレーションを示す。
我々は、IBMの超伝導量子コンピュータ上の隣り合う隣り合う相互作用と、隣り合う隣り合う隣り合う相互作用を持つハミルトンを初めて実装した。
提案手法は,初期量子ビット数によらず,各トロッターステップの回路深さを一定にする。
- 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 present the quantum simulation of the frustrated quantum
spin-$\frac{1}{2}$ antiferromagnetic Heisenberg spin chain with competing
nearest-neighbor $(J_1)$ and next-nearest-neighbor $(J_2)$ exchange
interactions in the real superconducting quantum computer with qubits ranging
up to 100. In particular, we implement, for the first time, the Hamiltonian
with the next-nearest neighbor exchange interaction in conjunction with the
nearest neighbor interaction on IBM's superconducting quantum computer and
carry out the time evolution of the spin chain by employing first-order
Trotterization. Furthermore, our novel implementation of second-order
Trotterization for the isotropic Heisenberg spin chain, involving only
nearest-neighbor exchange interaction, enables precise measurement of the
expectation values of staggered magnetization observable across a range of up
to 100 qubits. Notably, in both cases, our approach results in a constant
circuit depth in each Trotter step, independent of the initial number of
qubits. Our demonstration of the accurate measurement of expectation values for
the large-scale quantum system using superconducting quantum computers
designates the quantum utility of these devices for investigating various
properties of many-body quantum systems. This will be a stepping stone to
achieving the quantum advantage over classical ones in simulating quantum
systems before the fault tolerance quantum era.
- Abstract（参考訳）: 量子スピンのフラストレーション-$\frac{1}{2}$反強磁性ハイゼンベルクスピンチェーンの量子シミュレーションを、100の量子ビットを持つ実超伝導量子コンピュータにおいて、最も近い隣り合う$(J_1)$とnext-nearest-neighbor$(J_2)$の交換相互作用で行う。
特に,IBMの超伝導量子コンピュータにおける近接する隣り合う相互作用と,隣り合う隣り合う隣り合う相互作用を持つハミルトニアンを初めて実装し,一階のトロッタライゼーションを用いてスピンチェーンの時間発展を行う。
さらに, 最寄り-neighbor交換相互作用のみを含む等方性ハイゼンベルクスピンチェーンの2次ロータライジングの新規実装により, 最大100量子ビットの範囲で観測可能なスタッガード磁化の期待値を正確に測定できる。
特に,いずれの場合においても,初期量子ビット数によらず,トロッターステップ毎に回路深さが一定となる。
超伝導量子コンピュータを用いた大規模量子システムの期待値の正確な測定の実証は、多体量子システムの様々な特性を研究するためのこれらの装置の量子ユーティリティを規定する。
これは、フォールトトレランス量子時代以前の量子システムをシミュレートする際の古典的よりも量子上の優位性を達成するための足掛かりとなる。
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