論文の概要: Neutron-nucleus dynamics simulations for quantum computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.14680v1
- Date: Thu, 22 Feb 2024 16:33:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-23 14:33:04.080033
- Title: Neutron-nucleus dynamics simulations for quantum computers
- Title（参考訳）: 量子コンピュータのための中性子核動力学シミュレーション
- Authors: Soorya Rethinasamy, Ethan Guo, Alexander Wei, Mark M. Wilde, Kristina
D. Launey
- Abstract要約: 一般ポテンシャルを持つ中性子核シミュレーションのための新しい量子アルゴリズムを開発した。
耐雑音性トレーニング法により、ノイズの存在下でも許容される境界状態エネルギーを提供する。
距離群可換性(DGC)と呼ばれる新しい可換性スキームを導入し、その性能をよく知られたqubit-commutativityスキームと比較する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 49.369935809497214
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: With a view toward addressing the explosive growth in the computational
demands of nuclear structure and reactions modeling, we develop a novel quantum
algorithm for neutron-nucleus simulations with general potentials, which
provides acceptable bound-state energies even in the presence of noise, through
the noise-resilient training method. In particular, the algorithm can now solve
for any band-diagonal to full Hamiltonian matrices, as needed to accommodate a
general central potential. This includes exponential Gaussian-like potentials
and ab initio inter-cluster potentials (optical potentials). The approach can
also accommodate the complete form of the chiral effective-field-theory
nucleon-nucleon potentials used in ab initio nuclear calculations. We make this
potential available for three different qubit encodings, including the one-hot
(OHE), binary (BE), and Gray encodings (GE), and we provide a comprehensive
analysis of the number of Pauli terms and commuting sets involved. We find that
the GE allows for an efficient scaling of the model-space size $N$ (or number
of basis states used) and is more resource efficient not only for tridiagonal
Hamiltonians, but also for band-diagonal Hamiltonians having bandwidth up to
$N$. We introduce a new commutativity scheme called distance-grouped
commutativity (DGC) and compare its performance with the well-known
qubit-commutativity (QC) scheme. We lay out the explicit grouping of Pauli
strings and the diagonalizing unitary under the DGC scheme, and we find that it
outperforms the QC scheme, at the cost of a more complex diagonalizing unitary.
Lastly, we provide first solutions of the neutron-alpha dynamics from quantum
simulations suitable for NISQ processors, using an optical potential rooted in
first principles, and a study of the bound-state physics in neutron-Carbon
systems, along with a comparison of the efficacy of the OHE and GE.
- Abstract（参考訳）: 原子核構造および反応モデリングの計算要求における爆発的成長に対処するために, 一般ポテンシャルを持つ中性子-核シミュレーションのための新しい量子アルゴリズムを開発し, 雑音の存在下でも許容可能な境界状態エネルギーを, 雑音回復訓練法を用いて提供する。
特に、アルゴリズムは一般の中央ポテンシャルに対応するために必要な任意のバンド対角からフルハミルトニアン行列に対して解くことができる。
これには指数ガウス的ポテンシャルと ab initio クラスタ間ポテンシャル(光学ポテンシャル)が含まれる。
このアプローチは、ab initio核計算で使われるキラル有効場-理論核子-核子ポテンシャルの完全な形式をも満たすことができる。
我々は、この可能性を、one-hot(ohe)、binary(be)、gray encodings(ge)を含む3つの異なる量子ビットエンコーディングで利用可能とし、関連するパウリ項と可換集合の数を包括的に分析する。
GEはモデル空間サイズを$N$(または使用する基底状態の数)の効率的なスケーリングを可能にし、三角形ハミルトニアンだけでなく、バンド対角形ハミルトニアンが最大$N$の帯域幅を持つ場合のリソース効率も向上する。
距離群可換性 (DGC) と呼ばれる新しい可換性スキームを導入し、その性能をよく知られたqubit-commutativity (QC) スキームと比較する。
我々は、ポーリ弦の明示的なグループ化とdgcスキームの下での対角化ユニタリを配置し、より複雑な対角化ユニタリのコストでqcスキームよりも優れていることを見出した。
最後に、第一原理に根ざした光学ポテンシャルと中性子炭素系における境界状態物理学の研究と、oheとgeの有効性の比較を用いて、nisqプロセッサに適した量子シミュレーションによる中性子-アルファダイナミクスの第一の解を提供する。
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